本文關(guān)鍵詞：雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓強(qiáng)振蕩特性分析

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【摘要】：近年來(lái),隨著航天技術(shù)的發(fā)展和多種不同用途導(dǎo)彈的研制使用,對(duì)作為飛行器常用動(dòng)力裝置的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)提出了新的要求。相應(yīng)高裝填、高壓強(qiáng)、大長(zhǎng)徑比、復(fù)雜裝藥、采用高能復(fù)合推進(jìn)劑的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)成為新的發(fā)展趨勢(shì)。但是此類發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中極容易出現(xiàn)不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)多種在研型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行試驗(yàn)中發(fā)生不穩(wěn)定燃燒。不穩(wěn)定燃燒是固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研制中存在的難題之一,其結(jié)果壓力振蕩導(dǎo)致推力振蕩,偏離發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)要求,同時(shí)對(duì)飛行器機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響,輕則飛行性能下降,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致飛行任務(wù)失敗。本文以雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象為背景,通過(guò)理論分析、試驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬等方法,較為詳細(xì)的分析揭示了影響雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作穩(wěn)定性的關(guān)鍵增益和阻尼特性。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:針對(duì)雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜裝藥結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)聲腔,采用有限元方法(FEA)對(duì)其聲模態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析,獲得了典型時(shí)刻燃燒室聲壓分布情況和各階頻率以及一二級(jí)裝藥燃燒過(guò)程中,燃燒室固有頻率變化規(guī)律。結(jié)果表明:一級(jí)翼柱裝藥聲腔聲振頻率隨燃面退移先減小后增大;二級(jí)內(nèi)孔裝藥聲腔聲振頻率隨燃面退移不斷減小。之后將典型雙脈沖固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室聲腔簡(jiǎn)化成T型聲腔,采用有限元方法計(jì)算分析了一些關(guān)鍵幾何尺寸對(duì)其聲振頻率的影響規(guī)律。其中一二級(jí)軸向長(zhǎng)度比是一關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)雙脈沖發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行建模,采用大渦模擬(Large Eddy Simulation)數(shù)值方法,開展了轉(zhuǎn)角旋渦脫落誘發(fā)壓力振蕩現(xiàn)象的機(jī)理研究,獲得了燃燒室內(nèi)的流場(chǎng)分布特性以及壓力振蕩頻率和壓力振幅。結(jié)果顯示兩級(jí)裝藥形成后向臺(tái)階,流場(chǎng)在此發(fā)生流動(dòng)分離,發(fā)展成典型的轉(zhuǎn)角旋渦脫落,進(jìn)而誘發(fā)渦聲耦合。隨著裝藥燃面的退移,后向臺(tái)階減小,旋渦脫落程度降低以及在輸運(yùn)過(guò)程中的耗散作用,渦聲耦合消除,發(fā)動(dòng)機(jī)工作趨于穩(wěn)定。采用脈沖衰減法,對(duì)微粒阻尼特性進(jìn)行了研究,數(shù)值模擬與理論計(jì)算基本吻合。結(jié)果表明:燃燒室壓強(qiáng)對(duì)微粒阻尼特性影響較小;在特定工況下,選取不同粒徑進(jìn)行計(jì)算,分析對(duì)比得到了該工況下的最佳粒徑;微粒含量對(duì)微粒阻尼影響較大,阻尼大小基本與微粒含量成線性關(guān)系。實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)中可以通過(guò)調(diào)整裝藥配方,適當(dāng)增加惰性顆粒含量,來(lái)有效抑制發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V435

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