近年來,隨著我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展,航天動力系統(tǒng)研發(fā)取得了令人驕傲的成就,如神舟系列的運載火箭等。同時隨著深空技術的快速發(fā)展,對航天器的動力系統(tǒng)研發(fā)也提出了新的要求,其主要目標就包括提高液體火箭發(fā)動機的性能、縮短研發(fā)周期、降低設計制造成本。噴注器作為液體火箭發(fā)動機的核心部件,其技術性能決定了推進劑的霧化混合效果以及發(fā)動機的燃燒效率。本文針對直流互擊式噴注器展開了研究。主要內(nèi)容包括:(1)根據(jù)直流互擊式噴注單元的霧化特點,數(shù)值模擬出噴注單元的霧化過程。并對影響霧化特性的幾個重要因素,進行詳細的研究分析,得出一系列的結論,為直流互擊式噴注單元的設計提供理論依據(jù)。(2)根據(jù)某推力發(fā)動機的設計要求、結合噴注器的流體特性理論、設計理論、噴注單元的霧化研究和設計經(jīng)驗,設計出了某推力液體火箭發(fā)動機的噴注器。運用數(shù)值模擬的方法對噴注器的內(nèi)部流場以及噴嘴的均勻性進行數(shù)值模擬研究,并探究了總集液腔高度對內(nèi)部壓降的影響,最后通過冷試實驗對其正確性進行驗證。(3)通過熱試實驗研究了魯泊數(shù)對燃燒性能的影響。根據(jù)對直流互擊式噴注器內(nèi)部流場分析得到的結果,結合流體特性理論和三維流道模型的數(shù)值模擬等對其進行了兩次結構優(yōu)化,最后通過熱試車實驗對其進行實驗驗證。本文通過開展對噴注單元的霧化特性研究,設計出噴注器結構,再結合內(nèi)部流道的數(shù)值模擬和實驗不斷對結構進行優(yōu)化,實驗表明了分析、設計與優(yōu)化的正確性,最終研制的噴注器的燃燒效率達到95%,符合產(chǎn)品的技術性能要求。為企業(yè)的噴注器設計、問題分析和結構優(yōu)化提供了可行參考,同時也為同類研究設計提供了方法,具有推廣意義。
【學位單位】：貴州大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V434.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 液體火箭發(fā)動機的研究背景與意義
    1.2 液體火箭發(fā)動機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 液體火箭發(fā)動機的國外發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 液體火箭發(fā)動機的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 火箭噴注器的研究現(xiàn)狀與意義
    1.4 本文研究思路及主要研究內(nèi)容
    1.5 本章小結
第2章 直流互擊式噴注單元的霧化特性研究
    2.1 霧化數(shù)學模型簡介
    2.2 射流撞擊的數(shù)值模擬
    2.3 計算模型
    2.4 直流互擊式噴注單元霧化研究
    2.5 控制變量法研究流體影響因素簡述
    2.6 撞擊角對直流互擊式噴注單元霧化特性的影響
    2.7 動量比對直流互擊式噴注單元霧化特性的影響
    2.8 射流速度對直流互擊式噴注單元霧化特性的影響
    2.9 長徑比對直流互擊式噴注單元霧化特性的影響
    2.10 孔徑比對直流互擊式噴注單元霧化特性的影響
    2.11 本章小結
第3章 直流互擊式噴注器的設計
    3.0 噴注器的系統(tǒng)幾何結構介紹
    3.1 直流噴嘴流量特性理論
    3.2 直流噴嘴的初步計算
        3.2.1 流量系數(shù)的計算
        3.2.2 噴嘴直徑的計算
    3.3 噴注器內(nèi)部流道設計
    3.4 噴嘴的排布
    3.5 噴注器的三維建模
    3.6 本章小結
第4章 噴注器的內(nèi)部流場研究及驗證
    4.1 CFD方法
    4.2 直流互擊式噴注器的物理模型
    4.3 湍流模型的選擇
    4.4 計算模型的討論
    4.5 格劃分與邊界條件
    4.6 SIMPLE算法與模擬結果分析
    4.7 實驗驗證
    4.8 基于數(shù)值模擬對集液腔高度的分析研究
    4.9 本章小節(jié)
第5章 噴注器熱試實驗研究與結構優(yōu)化
    5.1 實驗原理
    5.2 燃燒過程的描述
    5.3 基于熱試實驗對魯泊數(shù)的研究
    5.4 噴注器的結構優(yōu)化
        5.4.1 初步優(yōu)化
            5.4.1.1 問題分析
            5.4.1.2 初步優(yōu)化方案
            5.4.1.3 優(yōu)化結果分析
        5.4.2 二次優(yōu)化
            5.4.2.1 問題分析
            5.4.2.2 解決方案
            5.4.2.3 優(yōu)化結果分析
    5.5 本章總結
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
致謝
參考文獻
附錄
    附錄 A：在學期間發(fā)表的學術論文與研究成果

【參考文獻】

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