【摘要】：固體推進(jìn)劑廣泛應(yīng)用于各種戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器,具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但是,固體推進(jìn)劑比沖低,燃?xì)庵泻写罅緾O、H2等可燃?xì)怏w,一部分能量并沒有被完全釋放出來。為了利用這一部分能量,考慮在固體火箭噴管擴(kuò)張段加裝補(bǔ)燃裝置,將外界空氣壓縮后引入噴管擴(kuò)張段,使燃?xì)庵形闯浞秩紵娜細(xì)舛稳紵?以提高推力和比沖。同時(shí),還可以通過關(guān)閉某個(gè)進(jìn)氣道使噴管內(nèi)壓力分布不均,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)推力矢量控制。針對這些問題,本文基于數(shù)值模擬方法,進(jìn)行了補(bǔ)充燃燒裝置的設(shè)計(jì)和性能計(jì)算,主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)了兩種不同形式的噴管擴(kuò)張段補(bǔ)充燃燒裝置,即環(huán)形進(jìn)氣道和分布式進(jìn)氣道噴管擴(kuò)張段補(bǔ)充燃燒裝置。這兩種形式的補(bǔ)燃裝置均可以將高馬赫數(shù)來流空氣減速增壓,經(jīng)過擴(kuò)壓段和隔離段后,進(jìn)入噴管與燃?xì)獍l(fā)生反應(yīng)。其中分布式進(jìn)氣道補(bǔ)燃裝置可以通過關(guān)閉某個(gè)進(jìn)氣道的方式實(shí)現(xiàn)推力矢量控制。(2)兩種補(bǔ)燃進(jìn)氣道出口壓力應(yīng)大于空氣注入位置的燃?xì)鈮毫?且氣流速度應(yīng)接近音速,根據(jù)這些要求,根據(jù)Oswatitsch波系理論對進(jìn)氣道進(jìn)行了設(shè)計(jì)和理論計(jì)算�；跀�(shù)值模擬方法對進(jìn)氣道的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)進(jìn)行了計(jì)算,與理論計(jì)算進(jìn)行了比較,符合設(shè)計(jì)要求。(3)針對環(huán)縫形進(jìn)氣補(bǔ)燃裝置,研究了不同進(jìn)氣量、進(jìn)氣位置和進(jìn)氣角度對補(bǔ)燃效果的影響規(guī)律。隨著空氣注入量的增加,推力呈線性增大趨勢,但注入量不能無限制增大,否則補(bǔ)燃裝置帶來的阻力會(huì)抵消推力的增益;隨著空氣入射角度增加,推力先增大后減小,存在一個(gè)最佳角度為28°;在空氣入射位置tL d值為1.59~1.71范圍內(nèi),空氣入射位置對推力增益影響不大。同時(shí)計(jì)算了進(jìn)氣道與噴管一體化工作狀態(tài),分析了一體化工作狀態(tài)下噴管和進(jìn)氣道性能。(4)針對分布式進(jìn)氣道補(bǔ)燃裝置,研究了飛行攻角對進(jìn)氣道的工作狀態(tài)和補(bǔ)燃效果的影響。結(jié)果顯示,飛行攻角會(huì)帶來攻角方向的側(cè)向力,大小為軸向力的0.35%左右,此側(cè)向力產(chǎn)生的正向力矩會(huì)帶來不良后果,應(yīng)通過伺服機(jī)構(gòu)采取措施抵消該側(cè)向力;研究了通過關(guān)閉某個(gè)進(jìn)氣道來進(jìn)行推力矢量控制的方法。關(guān)閉一個(gè)進(jìn)氣道產(chǎn)生側(cè)向力大小為軸向力的1.46%,關(guān)閉兩個(gè)進(jìn)氣道產(chǎn)生的側(cè)向力大小為軸向力的2.09%。通過對兩種不同形式的補(bǔ)燃裝置進(jìn)行計(jì)算分析可知,噴管擴(kuò)張段的補(bǔ)充燃燒可以提高推進(jìn)劑的燃燒效率,合理設(shè)置補(bǔ)燃裝置的幾何參數(shù)可以提高推力。分布式進(jìn)氣道可以通過關(guān)閉某個(gè)進(jìn)氣道的方式實(shí)現(xiàn)推力矢量控制。
【圖文】：

文獻(xiàn)[21]給出了德國亞琛工業(yè)大學(xué)的 Herrma氣道氣體內(nèi)部壓縮的試驗(yàn)研究結(jié)果。本文選擇喉道啟的進(jìn)氣道進(jìn)行仿真計(jì)算，工況為馬赫數(shù) Ma=3.0：表 2.1 驗(yàn)證進(jìn)氣道幾何尺寸喉道高度H/mm總長度L/mm攻角α /°第二級(jí)壓縮β角/°15 400 10 21.5 有激波和膨脹波反射，在唇口前緣處，，斜激波和上分離等現(xiàn)象，導(dǎo)致進(jìn)氣道內(nèi)通道流動(dòng)非常復(fù)雜，包理現(xiàn)象，因此很適合以此實(shí)驗(yàn)為校驗(yàn)對象開展數(shù)值 2.1，運(yùn)用 ICEM 軟件生成結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對近壁面處滿足壁面函數(shù)的要求，總網(wǎng)格數(shù)為 12 萬。

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文量分裂格式，二階迎風(fēng)格式為控制方程的離散格式。湍流模型的選擇采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε 湍流模型，壁面處的處理使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。比熱比計(jì)的粘性系數(shù)要用蘇瑟蘭公式計(jì)算。的紋影圖如下，將數(shù)值仿真的紋影圖與實(shí)驗(yàn)所得的圖進(jìn)行對比，如圖
【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

【參考文獻(xiàn)】

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1 李耀華;李建強(qiáng);楊黨國;張?jiān)?周清展;;二元雙喉道射流推力矢量噴管流動(dòng)參數(shù)影響的數(shù)值研究[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);2015年02期

2 溫鄰君;張旭;;唇緣鈍化對高超聲速進(jìn)氣道氣動(dòng)特性影響的數(shù)值研究[J];燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究;2015年01期

3 王革;肖雪峰;李W

本文編號(hào)：2668716