单兵复合火箭发动机数值模拟与试验研究

论文摘要

本文给出了复合火箭发动机的总体设计方案，针对方案的原理样机进行了数值模拟和试验研究，旨在有效抑制单兵火箭发射过程中存在的声、光、焰、烟等弊端，为单兵火箭的“有限空间内发射”提供重要依据和有价值的参考意见。主要内容如下：1)总体设计方案在明确研究目标的基础上，给出技术解决方案，实现了多股环形密集液体工质射流环绕单股燃气射流的同轴平行喷射方式，并完成了结构设计方案。2)数值模拟分别建立了内弹道工作过程以及非稳态气液两相流场的数理模型。采用给定的初边值条件，对复合火箭发动机工作过程中各参数的变化规律进行了数值分析，为总体设计方案的可行性研究奠定了理论基础。3)试验研究完成了复合火箭发动机试验装置的加工及试验平台的搭建。实测得到复合火箭发动机工作过程中的轴向推力曲线，燃烧室、贮液室、混合室的壁面压力曲线，以及气液两相流场的高速摄影照片。通过试验实测数据与数值模拟结果的比较分析，表明本文给出的总体设计方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文研究背景及意义
• 1.2 国内外单兵火箭发展概况
• 1.3 “有限空间内发射”的技术途径
• 1.4 火箭发动机非稳态流场研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 1.5.1 总体设计方案
• 1.5.2 工作过程的数值模拟
• 1.5.3 试验研究
• 2 复合火箭发动机的总体设计方案
• 2.1 研究目标
• 2.2 技术解决方案
• 2.3 结构设计方案
• 2.4 本章小结
• 3 复合火箭发动机工作过程的数理模型
• 3.1 内弹道工作过程的数理模型
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 基本假设
• 3.1.3 燃烧室内弹道数学模型
• 3.1.4 液体喷射数学模型
• 3.2 非稳态气液两相流场的数理模型
• 3.2.1 物理模型
• 3.2.2 基本假设
• 3.2.3 气液两相流流型的确定
• 3.2.4 非稳态气液两相流场数学模型
• 3.3 本章小结
• 4 复合火箭发动机工作过程的数值模拟
• 4.1 内弹道工作过程的数值模拟
• 4.1.1 燃气流动控制方程的求解
• 4.1.2 液体喷射控制方程的求解
• 4.1.3 边界条件及初始条件
• 4.1.4 数值模拟流程框图
• 4.1.5 数值模拟结果及分析
• 4.2 非稳态气液两相流场的数值模拟
• 4.2.1 流场数值求解区域的网格划分
• 4.2.2 边界条件及初始条件
• 4.2.3 数值模拟流程框图
• 4.2.4 数值模拟结果及分析
• 4.3 本章小结
• 5 复合火箭发动机的试验研究
• 5.1 试验目的
• 5.2 试验装置及器材
• 5.3 试验实测结果与数值模拟的比较分析
• 5.3.1 内弹道测试结果及分析
• 5.3.2 内弹道试验研究与数值模拟总结
• 5.3.3 非稳态气液两相流场测试结果及分析
• 5.3.4 非稳态气液两相流场试验研究与数值模拟总结
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献