固体火箭冲压发动机工作特性理论研究

论文摘要

高速度、高比冲、远射程、高机动性、简单结构和低成本一直是导弹动力装置设计者孜孜以求的目标。固体火箭冲压发动机以其优越的性能受到广泛的关注,成为超声速导弹动力装置发展的主要方向之一。本文对固体火箭冲压发动机的工作特性进行了理论研究。研究的目的旨在发展一种固体火箭冲压发动机设计的工程方法,以期在初步设计阶段快速完成发动机的设计和性能预估。结合热力计算,对固体火箭冲压发动机理论性能进行研究,建立了固体火箭冲压发动机初步设计和性能计算模型。通过分析燃烧效率对发动机性能的影响,提出了在合理空燃比区内选取空燃比设计值的方法,缩小了空燃比选取范围,降低了设计空燃比的难度。对固体火箭冲压发动机设计点和非设计点性能参数进行了计算。系统的研究了壅塞不可调、壅塞可调和非壅塞固体火箭冲压发动机的高度特性、速度特性以及稳定性。结合固体火箭冲压发动机—导弹内外弹道一体化计算,对导弹飞行过程进行了仿真。分析了端燃药柱嵌入金属丝的燃气发生器的内弹道特性,探讨了嵌金属丝端燃药柱应用于非壅塞固体火箭冲压发动机的前景。结果显示,延长稳定工作时间是嵌金属丝端燃药柱应用于非壅塞固体火箭冲压发动机的关键。编制了固体火箭冲压发动机初步设计与性能仿真软件。本文研究的内容和得到的一些有意义的结论可为固体火箭冲压发动机的工程研制提供有益的参考。

论文目录

• 表目录
• 图目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究工作的背景与意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 固体火箭冲压发动机应用研究
• 1.2.2 固体火箭冲压发动机关键技术
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 固体火箭冲压发动机理论性能研究
• 2.1 物理模型
• 2.2 数学模型
• 2.2.1 热力计算基本方程
• 2.2.2 基本参数定义
• 2.2.3 燃烧产物平衡组分及温度的求解
• 2.2.4 喷管热力计算
• 2.2.5 凝相处理
• 2.2.6 性能参数计算公式
• 2.3 热力计算精度分析
• 2.4 理论性能分析
• 2.5 小结
• 第三章 固体火箭冲压发动机初步设计及性能计算
• 3.1 固体火箭冲压发动机结构模型
• 3.2 固体火箭冲压发动机初步设计
• 3.2.1 补燃室总压设计值选取
• 3.2.2 空燃比设计值选取
• 3.2.3 冲压喷管设计
• 3.2.4 总压恢复系数和流量系数对初步设计的影响
• 3.2.5 燃气发生器设计
• 3.3 性能计算模型
• 3.4 固体火箭冲压发动机非设计点性能分析
• 3.4.1 非设计点性能计算方法
• 3.4.2 非设计点速度特性
• 3.4.3 非设计点高度特性
• 3.4.4 非设计点的稳定性
• 3.5 小结
• 第四章 发动机—导弹内外弹道一体化计算
• 4.1 内外弹道一体化计算模型
• 4.1.1 质量模型
• 4.1.2 弹道模型
• 4.1.3 进气道与气动力参数
• 4.1.4 推力计算方法
• 4.1.5 质点运动方程组求解步骤
• 4.2 飞行过程仿真
• 4.2.1 弹道初始化参数
• 4.2.2 低空弹道分析
• 4.2.3 高空弹道分析
• 4.3 固体火箭冲压发动机性能仿真平台
• 4.3.1 主程序模块
• 4.3.2 结构外型设计模块
• 4.3.3 燃气发生器设计模块
• 4.3.4 进气道设计计算模块
• 4.3.5 弹道设计模块
• 4.4 小结
• 第五章 端燃药柱嵌金属丝非壅塞固冲发动机性能研究
• 5.1 嵌金属丝推进剂燃烧模型
• 5.2 端燃药柱嵌金属丝燃气发生器内弹道计算
• 5.2.1 燃面计算
• 5.2.2 内弹道性能分析
• 5.3 端燃药柱嵌金属丝非壅塞固冲发动机内外弹道一体化计算
• 5.3.1 药型设计
• 5.3.2 一体化计算结果分析
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 对未来研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文