水反应金属燃料冲压发动机的相关问题研究

论文摘要

水反应金属燃料冲压发动机是利用水下推进器外部的海水作为氧化剂,与发动机自身携带的金属燃料发生反应的一种新型的水下动力装置。水反应金属燃料具有很高的能量特性,能明显提高发动机的承载燃料能力,是水下超高速推进系统的最佳能源选择。本文首先阐述了水反应金属燃料体系,金属燃料的反应机理和金属燃烧的基本理论,提出适合水冲压发动机的热力计算和性能计算模型;其次,利用自编的水冲压发动机能量性能计算程序,对不同配方的水反应金属燃料进行能量特性计算,分析配方材料对燃料能量性能的影响,分析两相流影响条件下的水反应金属燃料的比冲性能;然后,通过对程序计算结果的分析,得出发动机比冲、推力系数等性能参数的速度特性、深度特性及调节特性。本文还针对多种不同配方的水反应金属燃料根据不同的设计条件,设计成理想的水冲压发动机,分析比较各个发动机的综合性能,并与同设计条件下的传统固体火箭发动机的性能进行对比,充分证明水反应金属冲压发动机的性能优势。本文的研究方法及结果可以为水反应金属燃料冲压发动机的研究与设计提供一定的理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的目的和意义
• 1.2 金属燃料水冲压发动机国内外研究的现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 水反应金属燃料能量计算与性能计算
• 2.1 水反应金属燃料体系
• 2.2 水反应金属燃料反应模型
• 2.2.1 铝与水的反应原理
• 2.2.2 镁与水的反应原理
• 2.3 水反应金属燃料燃烧基本理论
• 2.3.1 燃烧热力学参数
• 2.3.2 多组分反应守恒方程
• 2.3.3 金属颗粒燃烧时间计算模型
• 2.3.4 铝颗粒燃烧模型
• 2.3.5 水反应金属燃料的燃速特性
• 2.4 水冲压发动机燃烧室的热力计算理论模型
• 2.4.1 水冲压发动机燃料系统的假定化学式
• 2.4.2 平衡组分的控制方程组
• 2.4.3 平衡组分的化学平衡常数法
• 2.4.4 平衡组分的最小吉布斯自由能法
• 2.5 喷管的热力计算理论模型
• 2.6 水冲压发动机的性能计算理论模型
• 2.6.1 燃料的质量流率
• 2.6.2 性能参数
• 2.7 本章小结
• 第3章 水反应金属燃料能量性能分析
• 3.1 计算模型
• 3.2 铝基水反应金属燃料的能量特性
• 3.2.1 铝基水反应金属燃料的配方
• 3.2.2 计算结果与分析
• 3.3 镁基水反应金属燃料的能量特性
• 3.3.1 镁基水反应金属燃料的配方
• 3.2.2 计算结果与分析
• 3.4 纯金属铝镁与水反应的能量特性
• 3.5 两相流特性对能量性能的影响
• 3.5.1 两相流计算模型
• 3.5.2 计算结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 水冲压发动机性能计算分析
• 4.1 速度特性
• 4.1.1 比冲的速度特性
• 4.1.2 推力系数的速度特性
• 4.1.3 航行速度对水质量流率的影响
• 4.1.4 航行速度对其它性能参数的影响
• 4.2 深度特性
• 4.2.1 比冲的深度特性
• 4.2.2 推力系数的深度特性
• 4.3 调节特性
• 4.4 本章小结
• 第5章 水冲压发动机的设计与分析
• 5.1 水冲压发动机的总体设计
• 5.1.1 结构形式
• 5.1.2 壳体材料
• 5.1.3 推进剂
• 5.1.4 设计参量
• 5.1.5 设计思路
• 5.2 设计结果的综合性能分析
• 5.2.1 推进剂能量性能对比分析
• 5.2.2 定喷管内燃装药性能对比分析
• 5.2.3 定容积内燃装药性能对比分析
• 5.2.4 定长度端燃装药性能对比分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 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