本文關(guān)鍵詞：噴管羽流對(duì)捆綁式運(yùn)載火箭底部熱環(huán)境的影響研究

  更多相關(guān)文章： 捆綁式運(yùn)載火箭 羽流 溫度場(chǎng) 底部加熱 熱流密度 數(shù)值模擬

【摘要】：發(fā)動(dòng)機(jī)羽流會(huì)因飛行器底部壓強(qiáng)較低而產(chǎn)生返流,對(duì)飛行器底部表面進(jìn)行加熱。對(duì)于捆綁式運(yùn)載火箭,芯級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)羽流與助推器發(fā)動(dòng)機(jī)羽流之間存在強(qiáng)烈的交叉干擾,加上芯級(jí)火箭與助推器之間縫隙中自由來流的作用,火箭底部會(huì)形成復(fù)雜的流場(chǎng),與單獨(dú)芯級(jí)火箭相比,具有更為復(fù)雜的溫度場(chǎng)分布。底部熱環(huán)境對(duì)底部設(shè)備的安全性至關(guān)重要,熱防護(hù)材料既要滿足高溫環(huán)境要求,又要盡可能減少結(jié)構(gòu)重量和成本�；鸺撞繜岘h(huán)境的地面試驗(yàn)實(shí)施困難、成本巨大,隨著計(jì)算流體力學(xué)的不斷發(fā)展,以及計(jì)算機(jī)性能的不斷提高,數(shù)值模擬已經(jīng)成為研究流場(chǎng)的一種有效手段。本文采用數(shù)值模擬的方法對(duì)火箭底部熱環(huán)境進(jìn)行研究,主要考慮噴管壁面的熱傳導(dǎo)和噴管羽流的熱對(duì)流。研究了不同助推器個(gè)數(shù)、不同助推器與芯級(jí)間距離對(duì)底部熱環(huán)境的影響。結(jié)果表明,所研究的兩個(gè)變量都對(duì)助推器底部的溫度和熱流密度影響較大,而對(duì)芯級(jí)底部的影響較小。4個(gè)助推器時(shí),底部熱流密度最大值都達(dá)到最大。助推器與芯級(jí)間距離增大,芯級(jí)底部和助推器外側(cè)底部熱流密度最大值先增大后減小,助推器內(nèi)側(cè)底部熱流密度最大值則先減小后增大。研究了不同火箭飛行高度、不同火箭飛行速度、不同芯級(jí)工作壓強(qiáng)對(duì)底部熱環(huán)境的影響。結(jié)果表明,火箭飛行條件發(fā)生變化時(shí),對(duì)助推器底部溫度和熱流密度的影響都大于對(duì)芯級(jí)底部的影響。飛行高度增大,火箭底部溫度升高,熱流密度減小。飛行速度增大,火箭底部徑向溫度變化幅度減小,溫度最大值先減小后增大,熱流密度最大值先增大后基本不變。芯級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作壓強(qiáng)增大,芯級(jí)底部溫度最大值升高,助推器內(nèi)側(cè)底部溫度最大值減小,助推器內(nèi)側(cè)底部熱流密度最大值增大,變化幅度都逐漸減小。不穩(wěn)定燃燒引發(fā)了振蕩流場(chǎng),對(duì)火箭底部整體影響很小,受影響最明顯的是助推器內(nèi)側(cè)底部中間位置的溫度值。沿著軸線方向,從燃燒室頭部到噴管出口,軸線和壁面各點(diǎn)溫度壓強(qiáng)振蕩曲線都逐漸變平滑,響應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng),振蕩頻率與燃燒室入口壓強(qiáng)振頻一致。燃燒室軸線上壓強(qiáng)溫度振蕩幅值隨軸線的變化趨勢(shì)相同,而壁面各點(diǎn)兩者變化趨勢(shì)不同,壓強(qiáng)振蕩幅值均比溫度大一個(gè)數(shù)量級(jí);橫坐標(biāo)相同時(shí),燃燒室軸線和壁面對(duì)應(yīng)點(diǎn)的壓強(qiáng)振幅相差不大,而軸線溫度振幅是壁面溫度振幅的3倍以上。
【關(guān)鍵詞】：捆綁式運(yùn)載火箭 羽流 溫度場(chǎng) 底部加熱 熱流密度 數(shù)值模擬
【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)】：V475.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究目的和意義11-13
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.2.1 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)羽流流場(chǎng)研究進(jìn)展13-15
• 1.2.2 火箭底部加熱研究進(jìn)展15-18
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容18-19
• 第2章 數(shù)值計(jì)算理論基礎(chǔ)19-26
• 2.1 熱力學(xué)計(jì)算19-22
• 2.1.1 控制方程的建立19-20
• 2.1.2 控制方程的求解20-21
• 2.1.3 本文熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果21-22
• 2.2 流場(chǎng)計(jì)算22-25
• 2.2.1 控制方程的建立22-24
• 2.2.2 湍流模型的選取24-25
• 2.2.3 控制方程離散化25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第3章 火箭結(jié)構(gòu)對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響26-47
• 3.1 模型建立26-29
• 3.1.1 幾何模型27-28
• 3.1.2 網(wǎng)格劃分28-29
• 3.1.3 邊界條件及參數(shù)選擇29
• 3.2 助推器個(gè)數(shù)對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響29-39
• 3.2.1 計(jì)算條件30
• 3.2.2 計(jì)算結(jié)果分析30-38
• 3.2.3 結(jié)論38-39
• 3.3 助推器與芯級(jí)間距離對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響39-46
• 3.3.1 計(jì)算條件39
• 3.3.2 計(jì)算結(jié)果分析39-45
• 3.3.3 結(jié)論45-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第4章 火箭工作條件對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響47-72
• 4.1 飛行高度對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響47-55
• 4.1.1 計(jì)算條件47-48
• 4.1.2 計(jì)算結(jié)果分析48-54
• 4.1.3 結(jié)論54-55
• 4.2 飛行速度對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響55-63
• 4.2.1 計(jì)算條件55-56
• 4.2.2 計(jì)算結(jié)果分析56-62
• 4.2.3 結(jié)論62-63
• 4.3 芯級(jí)燃燒室工作壓強(qiáng)對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響63-71
• 4.3.1 計(jì)算條件63
• 4.3.2 計(jì)算結(jié)果分析63-70
• 4.3.3 結(jié)論70-71
• 4.4 本章小結(jié)71-72
• 第5章 發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定工作對(duì)火箭底部熱環(huán)境的影響72-98
• 5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定工作對(duì)推力的影響72-77
• 5.1.1 計(jì)算條件72-74
• 5.1.2 計(jì)算結(jié)果分析74-76
• 5.1.3 結(jié)論76-77
• 5.2 發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的流場(chǎng)特性77-83
• 5.2.1 計(jì)算條件77-78
• 5.2.2 計(jì)算結(jié)果分析78-83
• 5.2.3 結(jié)論83
• 5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定工作時(shí)的流場(chǎng)特性83-96
• 5.3.1 火箭底部85-90
• 5.3.2 芯級(jí)燃燒室軸線90-92
• 5.3.3 芯級(jí)燃燒室壁面92-96
• 5.4 本章小結(jié)96-98
• 結(jié)論98-101
• 參考文獻(xiàn)101-106
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單106-107
• 致謝107

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9 張根p，

本文編號(hào)：744488