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某型固冲发动机进气道流场和结构模拟仿真

李海龙  
【摘要】: 固体火箭冲压发动机将固体火箭技术和冲压技术结合在一起,具有比冲高、速度快、重量轻、射程远、机动性能好和结构简单等诸多优点,最大限度地满足了新一代导弹对动力装置提出的要求,具有广阔的研究前景。进气道设计技术是固体火箭冲压发动机的关键技术之一。进气道的功能是利用迎面高速气流的速度冲压,有效地将其动能转化为位能,提高气流的压强,并为这类发动机提供所需要的空气流量。 现代计算流体力学(CFD)的发展使得我们能够用计算机对固体火箭冲压发动机进气道内的工作过程进行数值仿真研究,即先通过CFD技术对流场进行数值模拟,然后对模拟结果进行数值分析并进行图形化显示,以揭示反应流场的结构和流动特性。本文基于N-S方程、标准k-ε双方程湍流模型,利用FLUENT软件对某型固体火箭冲压发动机进气道内外流场进行了三维数值模拟。在应用三维数值模拟方法对固体火箭发动机进气道进行研究时,首先要建立进气道的几何模型,接着对进气道几何模型进行网格划分,然后进行三维数值模拟计算。通过对设计点和非设计点的结果进行数值分析并以图形化显示,研究了进气道前体、入口、内部和进气道出口流场结构和流动特性;同时,也开展了进气道不同攻角特性和缩比特性的研究。模拟结果表明:1.在设计点和非设计点马赫数下,进气道的总压恢复系数满足设计要求,流量稍低,进气道内部流动复杂,但出口流场基本均匀;2.不考虑弹体的数值模拟中,进气道总压恢复系数提高,流量增加;3.考虑弹体的等比压缩数值模拟显示,进气道总压恢复系数降低,流量减少,和理论数值吻合较好;4.最后利用ANSYS软件对进气道的强度和刚度进行了分析,研究表明在压力载荷的作用下,进气道能够安全、稳定地工作。 本文的数值模拟工作对于固体火箭发动机进气道内部流场研究的展开具有一定的参考价值,计算结果有助于提高对火箭发动机进气道内部流场流动的了解,可以为发动机进气道的设计、模型分析等进一步工作提供参考。


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