起飛器在地外天體表面起飛時,發(fā)動機在近真空環(huán)境下噴出的急速膨脹的高溫高速羽流,會對起飛平臺造成沖擊并誘發(fā)振動,同時也會對起飛器產(chǎn)生力、熱綜合效應(yīng),形成起飛器起飛的擾動載荷,影響起飛的精度和姿態(tài),關(guān)系到起飛任務(wù)的成功。為了盡可能降低羽流對起飛器的影響,需要在起飛平臺上設(shè)置羽流導(dǎo)流裝置,不同的導(dǎo)流裝置型面會產(chǎn)生不同的導(dǎo)流效果。由于發(fā)動機噴管距起飛平臺的距離較近,而真空下羽流又具有迅速膨脹的特性,同時羽流沖擊起飛平臺時會產(chǎn)生正激波,如果其距離噴管的出口較近或進入噴管內(nèi),就可能會對噴管造成堵塞,噴管出口的壓力升高,馬赫數(shù)降低,直接導(dǎo)致噴管的推力大幅度下降,從而對起飛器的穩(wěn)定起飛帶來較大影響。本文建立了CFD/DSMC耦合方法,通過對不同導(dǎo)流型面的力、熱效應(yīng)進行數(shù)值仿真,在起飛器和起飛平臺之間的有限空間內(nèi),設(shè)計合理的導(dǎo)流型面的導(dǎo)流裝置來降低上述影響,為起飛器的安全起飛研究提供理論依據(jù)。主要工作包括以下幾個方面:（1）將發(fā)動機真空羽流分為連續(xù)流區(qū)域和非連續(xù)流區(qū)域,在噴管出口附近的羽流場,建立了基于N-S方程的計算流體力學(xué)（CFD）連續(xù)流模型,在此基礎(chǔ)上,根據(jù)當(dāng)?shù)豄n數(shù)確定連續(xù)流和稀薄氣體流的分界面... 

【文章來源】：北京理工大學(xué)北京市 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：136 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究進展和發(fā)展趨勢
        1.2.1 羽流流場研究現(xiàn)狀
        1.2.2 真空羽流流場計算方法
        1.2.3 真空羽流試驗
        1.2.4 發(fā)展趨勢及研究重點
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
    1.4 論文結(jié)構(gòu)和章節(jié)內(nèi)容安排
第2章 真空羽流導(dǎo)流流場數(shù)值方法研究
    2.1 CFD數(shù)值計算方法
        2.1.1 發(fā)動機熱力學(xué)計算
        2.1.2 多組分氣體輸運方程
        2.1.3 控制方程
        2.1.4 計算網(wǎng)格
        2.1.5 邊界條件的數(shù)值處理
    2.2 DSMC數(shù)值計算方法
        2.2.1 計算步驟
        2.2.2 計算網(wǎng)格處理
        2.2.3 分子運動軌跡跟蹤
        2.2.4 邊界條件
        2.2.5 分子碰撞的模擬方法
    2.3 CFD/DSMC耦合計算方法
        2.3.1 連續(xù)流和離散流分界面判定方法
        2.3.2 分界面流場參數(shù)傳遞方法
    2.4 本章小結(jié)
第3章 真空羽流導(dǎo)流流場計算方法驗證
    3.1 網(wǎng)格模型確定
    3.2 計算方法驗證
    3.3 Apollo羽流流場仿真驗證
        3.3.1 仿真工況
        3.3.2 發(fā)動機性能參數(shù)
        3.3.3 仿真結(jié)果與分析
    3.4 本章小結(jié)
第4章 平板導(dǎo)流羽流流場研究
    4.1 羽流沖擊流場與自由流場研究
    4.2 平板導(dǎo)流計算模型
    4.3 平板導(dǎo)流流場分析
        4.3.1 仿真工況
        4.3.2 仿真結(jié)果與分析
    4.4 羽流對起飛器和導(dǎo)流平臺的力效應(yīng)分析
        4.4.1 羽流對起飛器X向合力
        4.4.2 羽流對起飛器Y軸合力矩
        4.4.3 羽流對導(dǎo)流平臺X向合力
        4.4.4 羽流對導(dǎo)流平臺Y軸合力矩
    4.5 本章小結(jié)
第5章 真空羽流導(dǎo)流型面優(yōu)化研究
    5.1 內(nèi)凹槽導(dǎo)流型面研究
        5.1.1 仿真工況
        5.1.2 流場分析
        5.1.3 羽流對起飛器和導(dǎo)流平臺的力效應(yīng)分析
    5.2 錐面導(dǎo)流型面研究
        5.2.1 仿真工況
        5.2.2 流場分析
        5.2.3 羽流對起飛器和導(dǎo)流平臺的力效應(yīng)分析
        5.2.4 錐面半徑對導(dǎo)流效果影響研究
    5.3 不同導(dǎo)流型面導(dǎo)流效果研究
    5.4 本章小結(jié)
第6章 真空羽流導(dǎo)流試驗研究
    6.1 試驗方案
        6.1.1 試驗?zāi)康?br>        6.1.2 試驗方法
        6.1.3 試驗設(shè)備
    6.2 試驗結(jié)果與討論
        6.2.1 不同導(dǎo)流型面導(dǎo)流效果分析
        6.2.2 導(dǎo)流面與噴管出.不同距離導(dǎo)流效果分析
    6.3 試驗數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對比
    6.4 本章小結(jié)
第7章 結(jié)論與展望
    7.1 本文研究總結(jié)
    7.2 本文創(chuàng)新點
    7.3 進一步工作展望
參考文獻
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝



本文編號：3318387