无喷管因体火箭发动机内流场计算试验研究

论文摘要

本文以无喷管固体火箭发动机的内流场为研究对象,着重对发动机的内弹道性能进行了理论分析、模拟计算和试验研究。文中首先分析了无喷管固体火箭发动机的内流场特点,并重点介绍了FLUENT软件的动网格和UDF(用户自定义函数)功能。其次,利用FLUENT提供的动网格技术、UDF(用户自定义函数)编程技术,耦合无喷管固体火箭发动机的侵蚀燃烧、燃面加质和燃面退移,对无喷管固体火箭发动机的流场进行了轴对称、非定常数值模拟。模拟中,针对不同设计状态的无喷管发动机进行了性能计算,得到了不同状态下的发动机性能。通过对计算结果分析,比较性能优劣,得到最佳的发动机设计参数。最后,为了验证理论计算结果,进行了两次无喷管固体火箭发动机的地面试验,并列出了试验设备、试验数据处理规范等。比较了模拟计算结果和试验结果。发动机的推力曲线和压力曲线与试验所得曲线基本一致,计算结果与试验结果存在一定误差。文中所用模拟计算方法具有相当的精度,可作为无喷管固体火箭发动机工程研制的有效性能估算手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无喷管固体火箭发动机研究背景及意义
• 1.2 无喷管助推器的特点及应用
• 1.2.1 无喷管固体火箭发动机工作特点
• 1.2.2 无喷管固体火箭发动机优缺点
• 1.2.3 无喷管火箭发动机的应用
• 1.3 无喷管固体火箭发动机的总体性能
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 论文主要研究内容
• 第二章 无喷管固体火箭发动机内流场模型
• 2.1 无喷管发动机工作过程
• 2.2 无喷管发动机内流场影响因素
• 2.2.1 侵蚀燃烧
• 2.2.2 装药变形
• 2.2.3 两相流动
• 2.2.4 二维效应
• 2.3 无喷管固体火箭发动机气体动力学方程
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 无喷管固体火箭发动机气体动力学方程
• 2.4 模型影响因素的处理
• 2.4.1 推进剂的燃速定律
• 2.4.2 推进剂燃面退移规律
• 2.4.3 湍流模型
• 2.5 边界条件和初始条件
• 2.5.1 头部固壁边界条件
• 2.5.2 轴对称边界条件
• 2.5.3 出口边界条件
• 2.5.4 发动机的燃面边界条件
• 2.5.5 初始条件
• 2.6 内弹道计算的迭代步骤
• 2.7 本章小结
• 第三章 动网格模拟方法
• 3.1 FLUENT软件介绍
• 3.2 动网格实现运动边界控制
• 3.2.1 动网格UDF控制边界的运动
• 3.2.2 燃面动边界的控制
• 3.2.3 动网格的生成与更新
• 3.2.4 动态网格的控制方程
• 3.3 本章小结
• 第四章 无喷管固体火箭发动机内流场数值模拟
• 4.1 模拟计算发动机
• 4.2 网格划分及边界条件
• 4.3 模拟计算时各参数的选取
• 4.4 计算结果
• 4.4.1 网格的运动
• 4.4.2 计算结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 无喷管固体火箭发动机试验研究
• 5.1 试验方案设计
• 5.2 试验系统及数据处理规范
• 5.2.1 试验原理
• 5.2.2 内弹道参数测量技术要求
• 5.2.3 试验数据处理规范
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 试验过程及结果
• 5.3.2 压力、推力曲线的比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 论文的主要工作
• 6.2 研究结论及创新
• 6.3 下一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 单种气体的粘性系数的计算方法
• 附录B 无喷管固体火箭发动机地面点火试验数据