【摘要】：雙脈沖固體火箭發(fā)動機提高了導(dǎo)彈的生存能力,強調(diào)了彈道的可變性,解決了固體火箭發(fā)動機點火過程中推力不可中斷和調(diào)整的缺陷。由于隔層式雙脈沖固體火箭發(fā)動機具有便于加工、消極質(zhì)量小等優(yōu)點,是目前雙脈沖發(fā)動機重要發(fā)展方向之一。本文針對隔層式雙脈沖固體火箭發(fā)動機Ⅱ脈沖點火沖擊過程,設(shè)計并搭建了一套冷氣沖擊實驗系統(tǒng),通過ANSYSY Workbench軟件對雙脈沖發(fā)動機Ⅱ脈沖點火沖擊過程進行了仿真研究,分析了推進劑裝藥加質(zhì)、點火器質(zhì)量流率和隔層材料參數(shù)對Ⅱ脈沖點火沖擊過程的影響。本文主要內(nèi)容如下:(1)針對隔層式雙脈沖固體火箭發(fā)動機Ⅱ脈沖點火沖擊過程的特性,設(shè)計并搭建了一套冷氣沖擊實驗系統(tǒng),通過冷氣沖擊實驗?zāi)MⅡ脈沖點火產(chǎn)生的初始壓力峰對隔層的瞬時沖擊作用,測得了實驗過程中不同監(jiān)測點壓強和隔層破裂時間。介紹了冷氣沖擊實驗系統(tǒng)的儲氣啟動系統(tǒng)、實驗發(fā)動機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)的組成和功能,并采用高速相機記錄了隔層在冷氣沖擊作用下的變形和破壞過程。(2)通過ANSYS Workbench軟件的System Coupling模塊對流體域和固體域進行數(shù)據(jù)傳遞,建立了雙脈沖發(fā)動機冷氣沖擊過程的雙向流固耦合計算模型。通過冷氣沖擊實驗,發(fā)現(xiàn)隔層無預(yù)制缺陷會在冷氣沖擊作用下產(chǎn)生碎片,影響雙脈沖發(fā)動機正常工作。分析對比了緩慢建壓和冷氣沖擊情況下隔層的破開壓強和時間,并把實驗監(jiān)測點數(shù)據(jù)和數(shù)值仿真結(jié)果進行對比,驗證了本文雙向流固耦合數(shù)值模擬方法。(3)基于FLUENT軟件對點火器邊界、推進劑點火燃燒加質(zhì)過程進行二次開發(fā),建立了雙向流固耦合計算模型,對軸徑向混合隔層式雙脈沖發(fā)動機Ⅱ脈沖點火沖擊過程進行仿真研究,分析了 Ⅱ脈沖點火過程的內(nèi)流場特性、壓強沖擊特性和隔層力學(xué)特性,并根據(jù)隔層表面路徑上等效應(yīng)力的變化,把Ⅱ脈沖點火沖擊過程分為三個階段。(4)研究了推進劑裝藥加質(zhì)、點火器質(zhì)量流率和隔層材料參數(shù)對Ⅱ脈沖點火沖擊過程的影響。在無推進劑加質(zhì)作用下,燃氣與流體域末端壁面相撞擊時間與隔層破裂時間延長,隔層破裂時流體域最大壓強減小;點火器質(zhì)量流率增大,推進劑裝藥首次點燃時間和隔層破裂時間變短,隔層破裂時流體域最大壓強增加;隔層材料參數(shù)對隔層總變形量影響顯著,但是對隔層破裂時間和流體域最大壓強影響不明顯。
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Ｓｈｅａ邋Ｃ邋Ｊ［８＿９］針對間歇性固體火箭發(fā)動機進行了研宄，成功研制出一種間歇性雙推力固體逡逑火箭發(fā)動機，該發(fā)動機采用易碎式隔艙，Ｉ脈沖工作時隔熱承壓，防止ＩＩ脈沖裝藥被點逡逑燃，而ＩＩ脈沖工作時順利打開，進行了點火實驗并且得到了可靠的結(jié)果，如圖１．２所示。逡逑脈沖點火具Ｕ脈沖燃燒室邐丨脈沖燃燒室邋１脈沖點火具逡逑級間隔艙易碎式隔板邐噴管組件逡逑圖１．２間歇性雙推力固體火箭發(fā)動機逡逑１９８６年，美國通用公司的Ａｌｅｘａｎｄｒｉｓ邋Ｇ［ｉｅ］研制出了一種雙脈沖發(fā)動機級間隔離裝置逡逑的隔熱層，成功的解決了喉道較小的雙脈沖發(fā)動機在工作時級間隔離裝置被撕裂成體積逡逑較大的碎片的問題。美國的ＦＲＯＮＩＮＱ邋ＪＲｒｆ１１：！對脈沖固體火箭發(fā)動機整體化和彈翼小型逡逑化等技術(shù)問題進行了相關(guān)研宄。１９８９年，美國聚硫橡膠公司的ＢｏｌｉｅａｕＣＷ，邋Ｇｒｏｓｇｅｂａｕｅｒ逡逑Ｒ邋Ａ［１２Ｉ設(shè)計出了一種帶有通氣孔的金屬膜片式脈沖隔離裝置雙脈沖發(fā)動機，而且其支撐逡逑件與隔熱密封層貼合緊密。同年，日本化學(xué)公司和日本防務(wù)省聯(lián)合對其所設(shè)計的雙脈沖逡逑發(fā)動機進行實驗，該發(fā)動機的級間隔離裝置是噴射棒式隔艙，由難熔金屬材料為基體的逡逑噴氣隔板上有１９個孔，塞在１９個孔中的噴射棒由纖維增強塑料制成，，如圖１．３所示。逡逑在Ｉ脈沖工作時

Ｎａｕｍａｎｎｅ，Ｓｔａｄｌｅｒ等人［２６－２８］制造并設(shè)計了防空導(dǎo)彈ＬＦＫ－ＮＧ的雙脈沖固體逡逑火箭發(fā)動機樣機，該發(fā)動機的隔離裝置采用金屬膜片式。研究中測試了金屬膜片的工作逡逑狀態(tài)［２＇點火延遲系統(tǒng)［３Ｇ］、熱防護層等零部件。并且如圖１．４所示進行了多次自由飛行逡逑實驗和地面靜止實驗。逡逑才十：0＼邐Ｑ＝ｊ＝ｉＱＬ＿＾＾逡逑—．．．．．逡逑圖１．５新型混合隔層式雙層發(fā)動機結(jié)構(gòu)簡圖逡逑２００７年，日本Ｍｉｈａｍ，Ｃｈｉｙａｋｏ等人設(shè)計出了一種新型的雙脈沖發(fā)動機，該發(fā)逡逑動機針對雙脈沖發(fā)動機的兩個典型問題進行解決：ＩＩ脈沖工作時，級間隔離裝置不能順逡逑利打開；保證Ｉ脈沖安全工作的同時卻降低了總體效率。該新型雙脈沖發(fā)動機的結(jié)構(gòu)如逡逑圖１．５所示，并申請了多項相關(guān)專利。２００８年，德國柏林航空航天博覽會，展出了新一逡逑代ＬＦＫ－ＮＧ防空導(dǎo)彈，以雙脈沖發(fā)動機作為其動力裝置，而且順利通過兩次實驗驗證［３４］。逡逑２０１２年，Ｊａｖｅｄ等人［３５］通過ＣＦＸ流體仿真軟件對金屬膜片式雙脈沖發(fā)動機三維內(nèi)流場逡逑進行了數(shù)值模擬。假設(shè)此時金屬膜片完全破裂，發(fā)現(xiàn)ＩＩ脈沖工作時產(chǎn)生的燃氣在Ｉ脈沖逡逑燃燒室內(nèi)產(chǎn)生了比較大的回流區(qū)，并對此時發(fā)動機內(nèi)部的壓力、溫度等進行了分析。逡逑２０１３年
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V435

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉偉凱;何國強;王春光;;雙脈沖固體火箭發(fā)動機壓強振蕩特性研究[J];航空動力學(xué)報;2015年10期

2 劉中兵;張兵;周艷青;;固體發(fā)動機低溫點火適應(yīng)性模擬試驗技術(shù)[J];固體火箭技術(shù);2015年02期

3 何凡;余陵;蔡文祥;楊玲;;固體火箭發(fā)動機冷氣沖擊瞬態(tài)內(nèi)流場分析[J];固體火箭技術(shù);2015年01期

4 李映坤;韓s

本文編號：2592126