固体火箭发动机点火过程数值分析

论文摘要

固体火箭发动机点火瞬时过程是一个非常短暂的过程,但对发动机的正常工作起着极为重要的作用。特别对于中小型固体火箭发动机,因其结构尺寸小、工作时间短、燃烧稳定性差的特点,点火问题尤为突出。在对固体火箭发动机点火过程进行合理简化的基础上,本文建立了便于工程应用和数值计算的数学模型,然后利用计算流体力学软件Fluent里提供的UDF（用户自定义编程）功能、k-ε两方程湍流模型、DO辐射模型以及PISO求解器对所选的实际发动机的点火瞬态过程进行数值分析。首先本文对一管形装药的固体火箭发动机的点火瞬态过程进行二维轴对称数值分析,得到了发动机头部点火瞬时的压力一时间曲线,给出了点火瞬时过程中燃烧室的流场特性。同时还研究了点火器质量流量、推进剂燃速、堵盖打开压强对点火瞬时过程的影响。在对二维轴对称模型的点火过程及其影响因素进行研究的基础上,本文对药形比较复杂的星形装药及锥柱台组合装药发动机的点火瞬态过程进行了数值分析。得到了这两个发动机点火过程的压力—时间曲线,火焰传播规律及不同时刻下的流场状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 固体推进剂点火理论及实验研究的发展
• 1.2.2 点火瞬态过程数值仿真研究发展现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 点火瞬态过程的数学模型
• 2.1 点火相关知识
• 2.1.1 点火理论
• 2.1.2 点火准则
• 2.1.3 点火影响因素
• 2.2 数学模型
• 2.2.1 二维轴对称模型燃气的控制方程
• 2.2.2 三维模型燃气的控制方程
• 2.2.3 药柱能量守恒方程
• 2.2.4 湍流模型
• 2.2.5 辐射模型
• 2.2.6 计算方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 管形装药发动机点火过程二维轴对称数值分析
• 3.1 点火器类型介绍及选取
• 3.2 发动机几何模型
• 3.3 网格划分
• 3.4 边界条件设置
• 3.5 计算结果
• 3.5.1 点火瞬态过程流场分析
• 3.5.2 点火器流量对点火过程的影响
• 3.5.3 推进剂燃速对点火过程的影响
• 3.5.4 堵盖打开压强对点火过程的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 星形装药发动机点火过程数值分析
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型
• 4.3 计算结果
• 4.3.1 点火滞后期
• 4.3.2 火焰传播期
• 4.3.3 燃气充填期
• 4.4 本章小结
• 第5章 锥柱台组合药形发动机点火过程数值分析
• 5.1 计算模型
• 5.2 计算结果
• 5.2.1 点火滞后期
• 5.2.2 火焰传播期
• 5.2.3 燃气充填期
• 5.3 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢