【摘要】：固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的動(dòng)力系統(tǒng)中,通過在固體推進(jìn)劑中加入鋁作為金屬燃燒劑,可以提高固體推進(jìn)劑的能量和密度。含鋁復(fù)合推進(jìn)劑的燃燒產(chǎn)物中有大量Al_2O_3,在燃燒室中形成典型的兩相流動(dòng)。燃燒和兩相流動(dòng)同時(shí)存在于發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中,兩者間的相互作用會(huì)使其工作過程變得異常復(fù)雜,尤其會(huì)引起絕熱層的燒蝕、粒子對(duì)絕熱層的機(jī)械沖蝕、不穩(wěn)定燃燒、侵蝕效應(yīng)、熱防護(hù)失效、藥柱結(jié)構(gòu)完整性變差、殼體強(qiáng)度變?nèi)醯葐栴}。目前戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈需要較高的機(jī)動(dòng)性,導(dǎo)彈飛行過程中的加速運(yùn)動(dòng)和機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)彎都會(huì)產(chǎn)生不同程度的過載,飛行過載會(huì)影響流場結(jié)構(gòu),改變?nèi)紵覂?nèi)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài),使粒子在承載方向大量聚集,惡化絕熱層的工作環(huán)境,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致熱防護(hù)失效,甚至引發(fā)彈體燒穿。本文以固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)過載為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬方法,研究旋轉(zhuǎn)及過載對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)兩相流場的影響。首先以無旋轉(zhuǎn)、無過載固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)為基本工作狀態(tài),而后應(yīng)用顆粒軌道模型對(duì)橫向、軸向和組合過載開展計(jì)算,進(jìn)行固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室及噴管三維兩相流動(dòng)數(shù)值模擬,分析過載對(duì)顆粒相的影響。而后對(duì)旋轉(zhuǎn)情況下發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了計(jì)算,研究旋轉(zhuǎn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)粒子濃度分布的影響。分析以上模擬結(jié)果,初步分析出粒子的聚集狀態(tài)與過載的規(guī)律。最后同時(shí)加低轉(zhuǎn)速與中小過載,對(duì)比粒子聚集位置和聚集數(shù)量的變化。結(jié)果表明,在有橫向加速度載荷的情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)粒子相在承載方向濃度增大,明顯改變了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)原有的軸對(duì)稱流動(dòng)狀態(tài),承載方向上粒子聚集流的最大濃度區(qū)域主要分布在發(fā)動(dòng)機(jī)的后封頭與潛入段位置。軸向過載會(huì)增大噴管潛入段和后封頭的粒子濃度,對(duì)于潛入段與背壁區(qū)交界處的粒子濃度影響最為顯著。當(dāng)橫向過載為10g以下時(shí),加以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速可以緩解絕熱層表面顆粒沉積問題,當(dāng)橫向過載為20g時(shí),旋轉(zhuǎn)會(huì)增大粒子在承載面的聚集程度,不利于緩解燃燒室內(nèi)嚴(yán)酷的燒蝕環(huán)境。
【圖文】：

完整性變差、殼體強(qiáng)度變?nèi)醯葐栴}。戰(zhàn)術(shù)動(dòng)性要求隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭的發(fā)展也變得越來漸增高，導(dǎo)彈在做轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作過程里會(huì)出現(xiàn)重要特性。科研人員為了保證火箭系統(tǒng)飛行軸旋轉(zhuǎn)的方式。導(dǎo)彈彈體在繞軸旋轉(zhuǎn)過程中流動(dòng)特性發(fā)生變化。旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致其工作狀態(tài)：旋轉(zhuǎn)過載所引起固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體和藥生改變；引起燃燒室以及噴管內(nèi)部的流動(dòng)狀過載以外還要考慮到旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的影響。通過燃燒劑，可以提高固體推進(jìn)劑的能量和密度兩相流動(dòng)[8-10]。目前含有鋁元素的推進(jìn)劑被后會(huì)產(chǎn)生 Al2O3粒子，以液態(tài)或者固體顆粒粒子會(huì)在燃燒室的流場中的局部位置形成藥燃燒

1.燃?xì)獍l(fā)生器 2.收縮管 3.過渡腔 4.燒蝕試驗(yàn)段 5.絕熱層試件圖 1.2 收縮管聚集法試驗(yàn)裝置，王書賢[31]等人應(yīng)用地面旋轉(zhuǎn)離心試驗(yàn)臺(tái)及燒蝕發(fā)動(dòng)機(jī)，模的燒蝕特性，試驗(yàn)結(jié)果表明，，過載情況所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)使前。由于過載作用離散相的 Al2O3粒子在炭化層表面形成的沉用，發(fā)現(xiàn)有過載情況下的燒蝕率會(huì)有低于無過載條件下燒蝕，劉中兵[32]等人對(duì)軸向過載狀態(tài)下直徑 315mm 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒同軸向加速度情況下翼槽型藥柱的變形問題，并提出了能夠試驗(yàn)方案。，李越森[33]等人在離心試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了模擬試驗(yàn)，模擬導(dǎo)彈所產(chǎn)生的橫向加速度，結(jié)果表明 Al2O3粒子在橫向加速度的層的炭化燒蝕，并在絕熱層表面形成大量燒蝕坑，且絕熱層量值的增長加倍增長。，劉洋[34]等利用歐拉-拉格朗日模型，對(duì)帶長尾噴管發(fā)動(dòng)機(jī)工
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V435;TJ760.33

【參考文獻(xiàn)】

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2 田維平;許團(tuán)委;王健儒;;過載下燃燒室粒子特性與絕熱層燒蝕研究進(jìn)展[J];固體火箭技術(shù);2015年01期

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本文編號(hào)：2598879