【摘要】：為研究裝填HTPE復(fù)合推進劑的固體火箭發(fā)動機的熱安全性,本文首先通過烤燃實驗和數(shù)值模擬,研究了熱刺激作用下小型HTPE復(fù)合推進劑烤燃彈的熱響應(yīng)特性;在此基礎(chǔ)上,采用數(shù)值模擬方法研究了不同裝藥結(jié)構(gòu)的固體火箭發(fā)動機的熱響應(yīng)特性及其變化規(guī)律。主要研究內(nèi)容如下:(1)利用自行設(shè)計的烤燃實驗裝置,對小尺寸HTPE復(fù)合推進劑烤燃彈進行了升溫速率分別為1℃/min和2℃/min的烤燃實驗,采用熱電偶進行了多點測溫。實驗結(jié)果表明:HTPE復(fù)合推進劑在兩種升溫速率下的響應(yīng)等級均為燃燒反應(yīng);升溫速率對裝藥中心點的響應(yīng)溫度基本沒有影響,但對烤燃彈外壁響應(yīng)溫度有影響,隨升溫速率的降低,外壁響應(yīng)溫度也在降低。(2)基于小尺寸烤燃實驗建立了推進劑烤燃模型,利用Fluent軟件對不同升溫速率(3.3℃/h~2℃/min)下的推進劑烤燃彈進行了數(shù)值模擬,確定了推進劑化學(xué)動力學(xué)參數(shù),研究了升溫速率對HTPE復(fù)合推進劑烤燃彈響應(yīng)特性的影響。結(jié)果表明:升溫速率在3.3℃/h~2℃/min范圍時,HTPE復(fù)合推進劑烤燃彈的點火位置均在藥柱中心,屬于慢速烤燃范疇,點火溫度基本為232.2℃;隨升溫速率的增大,烤燃彈點火時間呈指數(shù)減小,除點火點外的響應(yīng)溫度均呈對數(shù)增長。(3)基于固體火箭發(fā)動機復(fù)合裝藥結(jié)構(gòu)建立了發(fā)動機烤燃模型,利用Fluent軟件對固體火箭發(fā)動機進行了不同升溫速率(3.3℃/h~2℃/min)下的烤燃數(shù)值模擬,研究結(jié)果表明:裝填HTPE復(fù)合推進劑的發(fā)動機烤燃點火時間和殼體外壁響應(yīng)溫度隨升溫速率的變化趨勢與小型烤燃彈的基本相同,即裝藥尺寸及結(jié)構(gòu)不影響點火時間和殼體外壁響應(yīng)溫度隨升溫速率的變化規(guī)律,但點火時間和外壁響應(yīng)溫度的絕對值與裝藥尺寸及結(jié)構(gòu)均有很大關(guān)系;對快速、慢速烤燃的嚴格劃分,必須結(jié)合裝藥尺寸、裝藥結(jié)構(gòu)等因素進行;在固體火箭發(fā)動機烤燃研究時,不能忽略發(fā)動機內(nèi)部空氣自然對流傳熱對其烤燃響應(yīng)特性的影響。(4)利用Fluent軟件分別對單孔管裝藥結(jié)構(gòu)和星形裝藥結(jié)構(gòu)的固體火箭發(fā)動機進行了不同升溫速率(3.3℃/h~2℃/min)下的烤燃數(shù)值模擬,結(jié)果表明:裝藥結(jié)構(gòu)對固體火箭發(fā)動機的烤燃特性有影響,其中星形裝藥對點火位置的影響存在跳躍性變化的臨界升溫速率,本研究條件下星形裝藥發(fā)動機點火位置跳躍性變化的臨界升溫速率為0.3℃/min和0.5℃/min。上述研究結(jié)果對固體火箭發(fā)動機的熱安全分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的參考價值。
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：V512

【參考文獻】

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本文編號：2688661