發(fā)布時間：2017-04-12 04:09

  本文關(guān)鍵詞：高過載固體發(fā)動機內(nèi)流場模擬試驗技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 本文以高過載固體火箭發(fā)動機研制需求為背景，圍繞高過載發(fā)動機內(nèi)流場的地面模擬試驗技術(shù)展開研究。通過分析過載條件下流場的特點，提出并比較了現(xiàn)有過載地面模擬試驗技術(shù)的優(yōu)缺點，最終確定了收斂—折管的模擬試驗方法，模擬了高過載條件下發(fā)動機燃燒室內(nèi)的高濃度粒子流，利用該方法開展了高過載模擬沖刷條件下的絕熱層燒蝕特性研究及絕熱層抗沖刷能力的篩選試驗。為分析粒徑對流動計算、燒蝕的影響，開展了模擬過載條件下的粒子收集試驗，獲得了在聚集狀態(tài)下的粒徑分布。最后對高過載條件下絕熱層燒蝕的影響因素作了詳細的分析。本文的研究工作概括為以下四部分： (1)通過分析固體發(fā)動機在高過載作用下的流場特點，發(fā)現(xiàn)流場中凝相粒子在過載作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并在局部大量聚集而形成稠密的粒子流，強化了對絕熱層的燒蝕；粒子在發(fā)動機壁面上的聚集分布受多種因素影響。針對高過載問題中絕熱材料燒蝕的影響因素，進行了地面模擬高過載發(fā)動機流場的方案分析。理論分析證明旋轉(zhuǎn)試車臺不能克服科氏加速度的影響，難以用來開展高過載條件下發(fā)動機流場的地面模擬試驗。本文應(yīng)用原理分析、數(shù)值計算等手段，對粒子加入、彎管和收斂—折管方案進行了比較，，認為收斂—折管方案可以產(chǎn)生發(fā)動機在飛行過載中的凝相粒子聚集效應(yīng)，且燒蝕參數(shù)控制方便。 (2)通過開展收斂—折管試驗裝置下的絕熱層抗沖蝕能力篩選試驗，獲得了該條件下六種不同絕熱材料及工藝的平均燒蝕率，發(fā)現(xiàn)粒子沖刷條件下的燒蝕率要比常規(guī)下的燒蝕率大得多，進一步證明了收斂—折管試驗裝置具有產(chǎn)生高密度粒子流的能力；發(fā)展了一套燒蝕參數(shù)范圍更寬的高過載流場模擬試驗裝置，并進行了絕熱層燒蝕試驗。試驗結(jié)果表明：粒子聚集濃度是絕熱層燒蝕的重要影響因素。 (3)數(shù)值計算表明兩相流中粒徑對絕熱層表面粒子濃度分布有很大的影響，且隨著粒徑的增大粒子濃度由單峰分布變?yōu)槎喾宸植肌ａ槍^載條件下發(fā)動機流場中粒子相互碰撞和聚集的規(guī)律，研制了一種能對聚集后的粒子狀態(tài)進行凍結(jié)的收集試驗裝置。通過粒子收集試驗和對收集到的粒子進行電鏡觀察，分析了粒子的聚集特點，獲得了試驗條件下的顆粒數(shù)分數(shù)和質(zhì)量分數(shù)隨顆粒直徑的分布曲線，并針對溫度因素進行了修正。通過與文獻中非聚集狀態(tài)粒徑分布的測量結(jié)果相比較，證明聚集條件下顆粒的直徑要比普通條件下顆粒直徑大得多。 (4)通過對試驗后絕熱材料試件的表觀和微觀狀態(tài)分析，提出了過載條件下絕熱層的燒蝕模式，并分析了其燒蝕機理，獲得了試驗條件下影響絕熱層燒蝕的平均顆粒直徑。通過分析燒蝕過程中粒子濃度、角度等隨試件型面的變化規(guī)律，結(jié)合試驗結(jié)果進行了回歸計算，得到了顆粒濃度、角度等為主要影響因素的燒蝕量隨時間變化的 關(guān)聯(lián)式:利用此式獲得了試件型面隨時間變化的規(guī)律。通過分析關(guān)聯(lián)式中各項函數(shù)特 性，得到粒子聚集濃度是影響燒蝕量的主要因素，而角度對于燒蝕量的貢獻主要體現(xiàn) 在對絕熱層炭層的剪切破壞上的結(jié)論。 通過本文的研究工作，發(fā)展了一種高過載發(fā)動機內(nèi)流場模擬實驗技術(shù)，為開展高 過載條件下絕熱層燒蝕研究提供了有效的實驗手段;獲得的絕熱層燒蝕實驗結(jié)果以及 粒徑分布規(guī)律，為高過載條件下絕熱層機理研究奠定了基礎(chǔ)，為高過載發(fā)動機熱防護 設(shè)計提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：固體火箭發(fā)動機 過載 兩相流 絕熱層 燒蝕 顆粒
【學位授予單位】：西北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：V435
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-19
• 1.1 研究意義9
• 1.2 高過載對發(fā)動機性能影響的研究概況9-11
• 1.3 發(fā)動機中兩相粒子沖刷對絕熱層燒蝕影響的研究概況11-14
• 1.4 固體發(fā)動機兩相流粒徑分布研究概況14-17
• 1.5 本文的研究內(nèi)容17-19
• 第二章 高過載固體發(fā)動機內(nèi)流場模擬試驗方法19-30
• 2.1 高過載固體發(fā)動機內(nèi)流場的特點分析19-20
• 2.2 旋轉(zhuǎn)試車臺過載模擬技術(shù)20-23
• 2.2.1 旋轉(zhuǎn)試驗中的科氏加速度21-23
• 2.3 高溫高壓稠密兩相流產(chǎn)生方法23-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第三章 高過載發(fā)動機流場模擬技術(shù)的應(yīng)用30-49
• 3.1 高過載發(fā)動機流場模擬試驗技術(shù)在絕熱層配方篩選中的應(yīng)用30-37
• 3.1.1 實驗系統(tǒng)30
• 3.1.2 試驗方案30-32
• 3.1.3 試驗結(jié)果32-36
• 1 、 試驗一32
• 2 、 試驗二32-33
• 3 、 試驗三33-34
• 4 、 試驗四34
• 5 、 試驗五34-35
• 6 、 試驗六35-36
• 3.1.4 試驗結(jié)果分析36-37
• 3.2 高溫高壓高密流沖刷條件下的絕熱層燒蝕試驗37-47
• 3.2.1 工作原理38
• 3.2.2 試驗裝置設(shè)計計算38-40
• 3.2.3 絕熱層燒蝕試驗系統(tǒng)40-41
• 3.2.4 試驗狀態(tài)參數(shù)計算41-42
• 3.2.5 絕熱層燒蝕試驗一42-44
• 3.2.6 絕熱層燒蝕試驗二44-46
• 3.2.7 試驗結(jié)果分析46-47
• 3.3 小結(jié)47-49
• 第四章 高過載發(fā)動機內(nèi)流場中粒徑分布測量49-64
• 4.1 高過載發(fā)動機內(nèi)流場中粒徑大小對聚集濃度分布的影響49-53
• 4.1.1 計算網(wǎng)格49
• 4.1.2 計算結(jié)果分析49-53
• 4.1.3 結(jié)論53
• 4.2 聚集狀態(tài)粒子收集方法研究53-63
• 4.2.1 聚集粒子收集方法53-54
• 4.2.1.1 收集原理分析53-54
• 4.2.1.2 試驗裝置示意圖54
• 4.2.2 粒子收集試驗結(jié)果54-57
• 4.2.3 粒徑分布統(tǒng)計結(jié)果57-60
• 4.2.4 對粒子直徑的修正60-63
• 4.3 小結(jié)63-64
• 第五章 高過載條件下絕熱層燒蝕主要影響因素分析64-77
• 5.1 燒蝕過程分析64-68
• 5.1.1 絕熱層試件的結(jié)構(gòu)變化64-66
• 5.1.2 絕熱層試件的燒蝕過程分析66-68
• 5.2 主要影響因素分析68-75
• 5.2.1 試驗條件下的顆粒平均直徑69
• 5.2.2 試件燒蝕的主要影響因素分析69-75
• 5.3 小結(jié)75-77
• 第六章 總結(jié)77-79
• 6.1 本文的主要結(jié)論77-78
• 6.2 本文的主要創(chuàng)新點78
• 6.3 對進一步研究的設(shè)想78-79
• 致謝79-80
• 參考文獻80-83

【引證文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 劉洋;何國強;李江;余曉京;秦飛;;過載條件下長尾噴管發(fā)動機三維兩相流場數(shù)值研究[J];彈箭與制導學報;2006年S2期

2 嚴聰;何國強;劉洋;張志峰;;旋轉(zhuǎn)條件下長尾噴管絕熱層燒蝕預示[J];彈箭與制導學報;2011年03期

3 劉洋;李江;楊颯;陳劍;何國強;孫翔宇;胡淑芳;;過載條件下EPDM絕熱材料燒蝕機理和模型研究(Ⅰ)——燒蝕機理分析[J];固體火箭技術(shù);2011年02期

4 劉洋;李江;何國強;李強;孫翔宇;胡淑芳;;過載條件下不同配方體系絕熱材料篩選及燒蝕特性[J];推進技術(shù);2011年04期

5 劉洋;吳育飛;李江;何國強;張仁軍;王善金;;長時間小過載條件下發(fā)動機流場特征及絕熱層燒蝕分析[J];推進技術(shù);2013年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 劉洋;何國強;李江;余曉京;秦飛;;過載條件下長尾噴管發(fā)動機三維兩相流場數(shù)值模擬[A];中國宇航學會2005年固體火箭推進第22屆年會論文集（發(fā)動機分冊）[C];2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 孫長宏;旋轉(zhuǎn)固體火箭發(fā)動機內(nèi)兩相流場數(shù)值模擬[D];哈爾濱工程大學;2005年

2 王希亮;高溫稠密兩相流沖刷條件下絕熱層動態(tài)燒蝕研究[D];西北工業(yè)大學;2006年

3 李楨;橫向過載下固體火箭發(fā)動機工作過程研究[D];國防科學技術(shù)大學;2005年

4 李迎春;粒子沖刷條件下固體推進劑燃燒特性試驗研究[D];西北工業(yè)大學;2007年

  本文關(guān)鍵詞：高過載固體發(fā)動機內(nèi)流場模擬試驗技術(shù)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：300678