微型脉冲发动机内弹道计算与简易控制

论文摘要

微型发动机是兴起于20世纪末的新型发动机，它的出现为推进系统的发展开辟了新的发展方向，在航天和军事领域都有着潜在的应用价值。本文通过数值模拟的方法来了解微型脉冲发动机内流场的变化规律。主要内容包括：(1)采用CPLD为微型脉冲发动机设计一个简易的点火控制电路，从硬件设计、软件编程，最后到制作出电路板，设计满足微型化要求；(2)以现代内弹道理论和计算流体力学为基础，对微型脉冲发动机流场进行简化，建立了发动机的经典内弹道数学模型和发动机燃烧室与喷管一体化的一维两相流数学模型，确定了流场的控制方程；(3)首先采用四阶龙格—库塔法对微型脉冲发动机内流场进行零维数值模拟，并分析了自由容积、热损失、堵盖破坏压力对内弹道性能的影响；(4)根据CE／SE方法的基本思想，推导出适合于求解一维欧拉方程的一维CE／SE方法及其雅各比矩阵；(5)采用CE／SE方法对微型脉冲发动机内流场进行一维两相流数值模拟，分析了燃烧室及喷管内各物理量的变化规律，分析了点火药量的选择对发动机内弹道性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文所做的主要工作
• 2 微型脉冲发动机点火控制电路设计
• 2.1 引言
• 2.2 CPLD介绍与软件设计流程
• 2.3 点火控制电路设计及功能介绍
• 2.3.1 点火控制电路各组成部件介绍
• 2.3.2 点火控制电路器件编程
• 2.3.3 电路板功能介绍
• 2.4 电路板的改进办法
• 2.5 小结
• 3 发动机经典内弹道计算
• 3.1 物理模型的建立
• 3.2 基本假设
• 3.3 数学模型的建立
• 3.4 四阶龙格—库塔法
• 3.5 计算结果及其分析
• 3.6 不同因素对发动机内弹道性能的影响
• 3.6.1 自由容积的影响
• 3.6.2 堵盖破坏压力的影响
• 3.6.3 热损失系数的影响
• 3.7 小结
• 4 微型脉冲发动机一维两相流模型
• 4.1 发动机内流场两相流动现象
• 4.2 基本假设
• 4.3 一维两相流数学模型
• 5 一维 CE/SE方法
• 5.1 CE/SE方法概述与特点
• 5.2 一维 CE/SE方法中求解元与守恒元的确定
• jⁿ的算法'>5.3 U_jⁿ的算法
• x）_jⁿ的算法'>5.4 （U_x）_jⁿ的算法
• 5.5 雅各比矩阵的推导
• 5.6 源项的处理
• 6 计算结果及其分析
• 6.1 数值计算的程序结构
• 6.2 边界条件与初始条件
• 6.3 结果及其分析
• 6.4 点火药量对发动机内弹道性能的影响
• 6.5 小结
• 7 结束语
• 7.1 主要结论
• 7.2 问题展望
• 致谢
• 参考文献