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喉栓发动机推力调节特性研究

李娟  
【摘要】:喉栓发动机能够实现固体发动机的推力可调,可以从多方面提升导弹武器的性能,具有强烈的军事需求背景。与传统固体发动机相比,喉栓发动机推力调节中涉及很多特殊和复杂的物理过程,因此开展喉栓发动机推力调节特性的研究具有重要的意义。本文针对喉栓发动机的特点,建立了稳态和非稳态的流场数值计算模型,开展了理论分析和大量的数值模拟,揭示了喉栓发动机流动规律和推力调节特性,为喉栓发动机技术的发展提供了理论基础。 论文主要内容和取得的成果有: 建立了喉栓发动机稳态流场的数值模型,用原理试验结果对数值模型进行了校验。开展了大量的数值计算,揭示了喉栓发动机流动特性,获得了喉栓构型、喷管构型、喉栓位置及之间匹配关系对流场、推力和效率的影响规律,并从推力调节性能和比冲效率的角度获得较优的喉栓和喷管型面。 基于动网格技术建立了喉栓发动机非稳态流场的数值模型,开展了非稳态数值模拟研究。分析了推力调节过程中非稳态流场的特征,获得了装药燃速特性、喉栓运动速度和自由容积等因素对压强响应的影响规律。 对推力调节过程中喷管膨胀状态的变化规律进行了理论研究,指出对于几何结构固定的喷管,随着喉部面积的减小,喷管出口压强升高,过膨胀或流动分离情况最有可能出现在喉栓抽出状态,并为喉栓发动机喷管的设计提出了建议。 分析了实现喉栓发动机闭环控制的可行性,建立了描述燃气发生器与喷管压强之间关系的数学模型,从控制理论的角度揭示了喉栓运动状态改变时推力反向脉冲产生的机理,分析了喉栓发动机系统的气动响应特性,为喉栓发动机控制系统设计提出了建议。


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