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流量可调固体火箭冲压发动机燃气发生器工作特性研究

潘冠呈  
【摘要】:固体火箭冲压发动机结构简单,工作性能可靠,在战术导弹领域中占主导地位,然而传统的固体火箭冲压发动机很难改变推力,由于推力调节能力的不足,限制了导弹的灵活性,燃气发生器的流量调节技术使固体火箭冲压发动机保留了原有的优势同时还具备了变推力的能力。本文围绕调节原理和系统设计、稳态数值模拟和非稳态数值模拟等几个方面对流量可调的固体火箭冲压发动机燃气发生器的工作特性展开研究。(1)根据内弹道公式列出了平衡压强计算公式推导过程,分析了燃气流量调节原理,通过期望达到的压强调节范围完成了喷管尺寸的设计,简述了燃气流量调节系统的组成部分,建立了等效喉部面积计算方法。(2)基于燃气发生器工作过程的基本假设,建立了燃气发生器稳态数值模拟计算模型,分析了针阀和喷管的构型、位置、结构等因素对燃气发生器工作特性和燃气发生器羽流流场的影响。采用铺层法建立了燃气发生器非稳态数值计算中模拟针阀运动的动网格计算模型,将数值计算结果与热试车实验结果进行对比,分析了针阀作动速度、燃气发生器自由容积和推进剂压强指数等因素对燃气发生器工作特性的影响。(3)通过对不同构型的针阀喷管进行等效喉部面积响应速度计算和燃气发生器喷管内流场分析及燃气发生器工作性能的对比得知,圆弧型针阀各方面表现良好,为针阀喷管燃气发生器最优构型。大尺寸直径的针阀造成的流动损失较大,并且随着针阀直径的增大,阀体头部受到的温度上升,烧蚀程度加重,不利于针阀的使用和设计。针阀头部构型的不同使得喷管背压比发生变化,改变了羽流流场中马赫盘的位置。(4)针阀作动速度越快,压强响应速度越快,但会产生压强滞后现象,速度越大,滞后现象越明显,同时可能伴随出口质量流率“负调节”现象,通过与稳态计算的对比可知,针阀速度较小时计算结果与稳态计算结果几乎相同。燃气发生器自由容积越大,压强建立时间越长,出口质量流率负调节情况越严重,当自由容积改变时,压强响应速度的主要影响因素发生改变,压强指数的改变对燃烧室压强和燃气发生器出口质量流率的变化趋势没有影响,压强指数越大,压强和出口质量流率的调节比越大。


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