论文题目: 大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 航空宇航科学与技术
作者: 钟涛
导师: 张为华
关键词: 大长径比固体火箭发动机,点火瞬态过程,瞬态热传导,数值仿具,火焰传播过程,结构完整性,性能散布
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文采用理论分析和数值仿真方法对大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程进行了系统研究。 理论分析着重研究了点火燃气与推进剂表面传热及推进剂内瞬态热传导规律。针对侧壁多孔管式点火装置,基于相似性分析,采用门格勒变换方法将点火燃气与药柱内孔表面传热问题转化为射流撞击平面传热问题,由此推导得到点火燃气射流与推进剂表面间传热系数表达式。理论分析表明,抛物型经典傅立叶热传导定律无法准确描述瞬态传热过程。通过分析研究点火瞬态过程中推进剂内部急速热传导存在的非傅立叶效应,推导得到具有双曲性质的固体推进剂瞬态热传导方程。设计试验测量得到推进剂热松弛时间,经与热作用时间比较验证了固体推进剂瞬态传热过程中的非傅立叶效应。 在点火装置自由喷射点火试验观测基础上,考虑大长径比固体火箭发动机点火装置存在的发火延迟与药块点燃过程,对点火质量流率预示模型进行修正,效果良好。集点火装置、燃烧室和喷管于一体,建立了大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程一维、二维和三维非定常流动仿真模型,数值计算结果与试验结果具有良好一致性,间接验证了仿真模型与计算软件的正确性。根据一维仿真结果建立了推进剂表面火焰传播过程与燃烧室升压速率的对应关系;根据二维仿真结果讨论了提高点火药量利用率的途径;根据三维仿真结果对点火瞬态过程中尾部翼槽内火焰传播过程进行了深入分析。研究表明,火焰传播结束时刻对应于燃烧室升压速率极大值,尾部翼槽内火焰传播过程不连续。 从微分形式非线性粘弹性本构方程出发,分析了推进剂对点火过程瞬态载荷的响应特性,对非均匀载荷下药柱结构完整性进行了初步分析。 采用蒙特卡罗方法分析了点火装置性能散布及其影响因素;引入均匀设计方法分析了大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程性能散布规律,由此提出降低点火瞬态过程性能散布的途径。 本文研究成果为解决大长径比固体火箭发动机点火装置设计、点火特性分析及点火过程性能散布控制等众多工程实际问题提供理论依据与分析工具,具有重要理论意义和工程应用价值。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1．1 研究背景与意义
1．2 国内外研究现状
1．2．1 点火瞬态过程传热研究
1．2．2 点火瞬态过程流场仿真研究
1．2．3 点火瞬态过程中药柱结构完整性分析
1．2．4 点火瞬态过程性能散布分析
1．3 本文研究内容及章节安排
第二章 点火瞬态过程传热分析
2．1 引言
2．2 点火瞬态过程气固相间传热分析
2．2．1 药柱头部气固相间传热
2．2．2 药柱中部气固相间传热
2．2．3 药柱尾部翼槽内气固相间传热
2．3 点火瞬态过程药柱内传热分析
2．3．1 药柱内传热傅立叶定律分析
2．3．2 药柱内传热非傅立叶效应分析
2．3．3 药柱内热传导非傅立叶效应试验验证
2．4 小结
第三章 点火瞬态过程一维仿真分析
3．1 引言
3．2 数学物理模型
3．2．1 基本方程
3．2．2 数值计算
3．3 仿真结果分析
3．3．1 仿真试验验证
3．3．2 算例分析
3．4 小结
第四章 点火瞬态过程二维仿真分析
4．1 引言
4．2 数学物理模型
4．2．1 基本方程
4．2．2 数值计算
4．3 仿真结果分析
4．3．1 算例
4．3．2 仿真结果
4．3．3 计算分析
4．4 小结
第五章 点火瞬态过程三维仿真分析
5．1 引言
5．2 数学物理模型
5．2．1 基本控制方程
5．2．2 数值仿真
5．3 仿真结果分析
5．3．1 算例
5．3．2 计算结果分析
5．4 小结
第六章 点火瞬态过程药柱结构完整性分析
6．1 引言
6．2 点火瞬态过程药柱力学响应特性分析
6．2．1 数学物理模型
6．2．2 瞬态冲击载荷下药柱力学响应特性分析
6．3 点火瞬态过程药柱结构完整性分析
6．3．1 计算模型
6．3．2 算例分析
6．4 小结
第七章 点火瞬态过程性能散布分析
7．1 引言
7．2 点火装置性能散布
7．2．1 点火装置性能散布试验
7．2．2 试验数据分析
7．2．3 性能散布仿真
7．3 固体火箭发动机点火瞬态过程性能散布分析
7．3．1 性能散布仿真模型
7．3．2 性能散布结果与分析
7．4 小结
结束语
致谢
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文及撰写的报告
攻读博士学位期间参加科研项目
发布时间: 2005-11-07
参考文献
- [1].固体火箭发动机点火过程与装药裂纹相互作用机理研究[D]. 葛爱学.国防科学技术大学2004
- [2].固体火箭发动机翼槽火焰传播机理研究[D]. 余贞勇.西北工业大学2000
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- [5].固体火箭发动机水下工作特性的研究[D]. 张有为.中国科学技术大学2007
- [6].固体火箭发动机可靠性增长试验理论及应用研究[D]. 刘飞.国防科学技术大学2006
- [7].固体火箭发动机分布式集成设计平台及其关键技术研究[D]. 解红雨.国防科学技术大学2006
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