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固体火箭冲压发动机补燃室性能研究

高岭松  
【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。 提高补燃室内空气同燃气的掺混性能与燃烧效率是固体火箭冲压发动机的关键技术之一。补燃室内空气同燃气的掺混、燃烧过程较为复杂,影响补燃效率的因素很多。为了改善掺混性能,组织好二次燃烧,必须从影响掺混与燃烧的各个环节去寻找改善的具体方法。本文研究的主要目的是通过结构和工作参数对补燃室内的掺混与燃烧过程的影响分析,研究提高补燃效率的方法与途径,从而为壅塞式固体火箭冲压发动机补燃室的设计提供依据。 文中基于N-S方程、RNG k-ε湍流模型和涡破碎模型,对壅塞式固冲发动机补燃室燃烧流场进行了三维数值模拟,研究了补燃室设计参数和工作参数对补燃效率的影响。得出的结论如下:1、补燃室内流场十分复杂,存在头部回流和轴向涡流,涡流和回流的强度同补燃室的构型有关;2、减小进气道尺寸,空气动量增加,头部回流和轴向涡流增强,补燃效率增加:3、加大进气夹角,空气动量的径向分量加大,头部回流增加,轴向涡流增强,补燃效率加大;4、增加喷嘴的数目,燃气均匀,头部回流增加,轴向涡流增强,掺混增强,补燃效率提高;5、加大喷嘴扩张比,头部回流增加,轴向涡流增强,掺混增强,补燃效率提升;6、增加空燃比,补燃效率增加;7、在喷嘴数目较少和扩张比较小时,增加燃气发生器工作压强补燃效率增加。 发展了一种测量补燃室温度场进行固冲发动机补燃室燃烧流动数值模拟校验和性能评估的实验方法,设计了实验发动机和测温耙,并开展了实验研究工作,对本文的数值方法进行了实验校验,温度的实验测量值同数值模拟值之间较好的一致性表明本文采用的数值方法是可信的。


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