本文關(guān)鍵詞：雙脈沖固體火箭發(fā)動機燃燒室壓強振蕩特性分析

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【摘要】：近年來,隨著航天技術(shù)的發(fā)展和多種不同用途導(dǎo)彈的研制使用,對作為飛行器常用動力裝置的固體火箭發(fā)動機提出了新的要求。相應(yīng)高裝填、高壓強、大長徑比、復(fù)雜裝藥、采用高能復(fù)合推進(jìn)劑的火箭發(fā)動機成為新的發(fā)展趨勢。但是此類發(fā)動機在工作過程中極容易出現(xiàn)不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象。目前國內(nèi)多種在研型號發(fā)動機在飛行試驗中發(fā)生不穩(wěn)定燃燒。不穩(wěn)定燃燒是固體火箭發(fā)動機設(shè)計研制中存在的難題之一,其結(jié)果壓力振蕩導(dǎo)致推力振蕩,偏離發(fā)動機設(shè)計要求,同時對飛行器機械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)產(chǎn)生影響,輕則飛行性能下降,嚴(yán)重時可導(dǎo)致飛行任務(wù)失敗。本文以雙脈沖固體火箭發(fā)動機不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象為背景,通過理論分析、試驗研究以及數(shù)值模擬等方法,較為詳細(xì)的分析揭示了影響雙脈沖固體火箭發(fā)動機工作穩(wěn)定性的關(guān)鍵增益和阻尼特性。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:針對雙脈沖固體火箭發(fā)動機復(fù)雜裝藥結(jié)構(gòu)形成的內(nèi)聲腔,采用有限元方法(FEA)對其聲模態(tài)進(jìn)行計算分析,獲得了典型時刻燃燒室聲壓分布情況和各階頻率以及一二級裝藥燃燒過程中,燃燒室固有頻率變化規(guī)律。結(jié)果表明:一級翼柱裝藥聲腔聲振頻率隨燃面退移先減小后增大;二級內(nèi)孔裝藥聲腔聲振頻率隨燃面退移不斷減小。之后將典型雙脈沖固體火箭發(fā)動機燃燒室聲腔簡化成T型聲腔,采用有限元方法計算分析了一些關(guān)鍵幾何尺寸對其聲振頻率的影響規(guī)律。其中一二級軸向長度比是一關(guān)鍵參數(shù)。對雙脈沖發(fā)動機內(nèi)流場進(jìn)行建模,采用大渦模擬(Large Eddy Simulation)數(shù)值方法,開展了轉(zhuǎn)角旋渦脫落誘發(fā)壓力振蕩現(xiàn)象的機理研究,獲得了燃燒室內(nèi)的流場分布特性以及壓力振蕩頻率和壓力振幅。結(jié)果顯示兩級裝藥形成后向臺階,流場在此發(fā)生流動分離,發(fā)展成典型的轉(zhuǎn)角旋渦脫落,進(jìn)而誘發(fā)渦聲耦合。隨著裝藥燃面的退移,后向臺階減小,旋渦脫落程度降低以及在輸運過程中的耗散作用,渦聲耦合消除,發(fā)動機工作趨于穩(wěn)定。采用脈沖衰減法,對微粒阻尼特性進(jìn)行了研究,數(shù)值模擬與理論計算基本吻合。結(jié)果表明:燃燒室壓強對微粒阻尼特性影響較小;在特定工況下,選取不同粒徑進(jìn)行計算,分析對比得到了該工況下的最佳粒徑;微粒含量對微粒阻尼影響較大,阻尼大小基本與微粒含量成線性關(guān)系。實際發(fā)動機中可以通過調(diào)整裝藥配方,適當(dāng)增加惰性顆粒含量,來有效抑制發(fā)動機不穩(wěn)定燃燒現(xiàn)象的發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V435

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本文編號：1156885