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膏体燃气发生器热启动过程研究

刘成浩  
【摘要】:膏体燃气发生器是目前发展的一种新型可调燃气发生装置,其兼具液体、固体火箭发动机的优点,集结构简单、多次启动、推力可调、安全性高、可靠性高等特点于一身,具有十分广阔的应用前景。本文以可重复启动燃气发生器的研究为背景,进行膏体燃气发生器热启动过程研究。本文主要研究工作包括:(1)进行直圆管流变实验,测定三种膏体推进剂本构方程,引入巴格利误差修正方法将测定得到的带有3~12%误差值的本构方程修正减小到误差2%,所求本构方程绘制的函数曲线与实验值吻合较好。结果表明,巴格利误差修正方法效果明显,在一定程度上提高了本构方程精度。(2)对三种膏体推进剂不同压差情况下进行管道流动仿真,得到了整个燃气发生器内部流动过程压力与速度分布情况。结果表明,3#膏体推进剂流动效果最好;圆柱环形管路流动速度曲线具有类似直圆管流动的特点;燃气发生器内部流动速度最大位置为单向流量调节阀出口后平直段。(3)以45#钢、镍合金和钨渗铜三种金属材料作为传热构件进行热重复启动数值模拟,对比其热传导情况。结果表明,在燃烧室工作20s内熄火可以保证膏体燃气发生器安全不受反向传热影响,在熄火后一段时间内可进行重复启动;钨渗铜,为最佳传热构件材料;膏体燃气发生器实际工作状态和热防护效果还与实际环境状况有关。(4)进行膏体推进剂燃点测定实验,获得膏体推进剂点火过程中相变图像,设计并加工了膏体燃气发生器原理样机,成功进行单次与重复启动试验。结果表明,膏体推进剂常压燃点约为220℃;单次和重复启动试验效果良好;点火初期出现震荡燃烧是由于初始燃面与燃烧稳定后燃面的匹配过程导致的;膏体推进剂中的气泡以及工作过程中反向传热均对内弹道特性产生影响,膏体燃气发生器内弹道曲线呈缓慢向上爬升趋势。通过本文的研究内容,对膏体燃气发生器热启动过程进行了一定的研究,为膏体燃气发生器设计及其热启动性能的进一步研究提供了一定的理论研究思路与实践参考依据。


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