本文關鍵詞：噴管羽流對捆綁式運載火箭底部熱環(huán)境的影響研究

  更多相關文章： 捆綁式運載火箭 羽流 溫度場 底部加熱 熱流密度 數值模擬

【摘要】：發(fā)動機羽流會因飛行器底部壓強較低而產生返流,對飛行器底部表面進行加熱。對于捆綁式運載火箭,芯級火箭發(fā)動機羽流與助推器發(fā)動機羽流之間存在強烈的交叉干擾,加上芯級火箭與助推器之間縫隙中自由來流的作用,火箭底部會形成復雜的流場,與單獨芯級火箭相比,具有更為復雜的溫度場分布。底部熱環(huán)境對底部設備的安全性至關重要,熱防護材料既要滿足高溫環(huán)境要求,又要盡可能減少結構重量和成本。火箭底部熱環(huán)境的地面試驗實施困難、成本巨大,隨著計算流體力學的不斷發(fā)展,以及計算機性能的不斷提高,數值模擬已經成為研究流場的一種有效手段。本文采用數值模擬的方法對火箭底部熱環(huán)境進行研究,主要考慮噴管壁面的熱傳導和噴管羽流的熱對流。研究了不同助推器個數、不同助推器與芯級間距離對底部熱環(huán)境的影響。結果表明,所研究的兩個變量都對助推器底部的溫度和熱流密度影響較大,而對芯級底部的影響較小。4個助推器時,底部熱流密度最大值都達到最大。助推器與芯級間距離增大,芯級底部和助推器外側底部熱流密度最大值先增大后減小,助推器內側底部熱流密度最大值則先減小后增大。研究了不同火箭飛行高度、不同火箭飛行速度、不同芯級工作壓強對底部熱環(huán)境的影響。結果表明,火箭飛行條件發(fā)生變化時,對助推器底部溫度和熱流密度的影響都大于對芯級底部的影響。飛行高度增大,火箭底部溫度升高,熱流密度減小。飛行速度增大,火箭底部徑向溫度變化幅度減小,溫度最大值先減小后增大,熱流密度最大值先增大后基本不變。芯級發(fā)動機工作壓強增大,芯級底部溫度最大值升高,助推器內側底部溫度最大值減小,助推器內側底部熱流密度最大值增大,變化幅度都逐漸減小。不穩(wěn)定燃燒引發(fā)了振蕩流場,對火箭底部整體影響很小,受影響最明顯的是助推器內側底部中間位置的溫度值。沿著軸線方向,從燃燒室頭部到噴管出口,軸線和壁面各點溫度壓強振蕩曲線都逐漸變平滑,響應時間延長,振蕩頻率與燃燒室入口壓強振頻一致。燃燒室軸線上壓強溫度振蕩幅值隨軸線的變化趨勢相同,而壁面各點兩者變化趨勢不同,壓強振蕩幅值均比溫度大一個數量級;橫坐標相同時,燃燒室軸線和壁面對應點的壓強振幅相差不大,而軸線溫度振幅是壁面溫度振幅的3倍以上。
【關鍵詞】：捆綁式運載火箭 羽流 溫度場 底部加熱 熱流密度 數值模擬
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V475.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究目的和意義11-13
• 1.2 國內外研究現狀13-18
• 1.2.1 火箭發(fā)動機羽流流場研究進展13-15
• 1.2.2 火箭底部加熱研究進展15-18
• 1.3 本文主要研究內容18-19
• 第2章 數值計算理論基礎19-26
• 2.1 熱力學計算19-22
• 2.1.1 控制方程的建立19-20
• 2.1.2 控制方程的求解20-21
• 2.1.3 本文熱力學計算結果21-22
• 2.2 流場計算22-25
• 2.2.1 控制方程的建立22-24
• 2.2.2 湍流模型的選取24-25
• 2.2.3 控制方程離散化25
• 2.3 本章小結25-26
• 第3章 火箭結構對火箭底部熱環(huán)境的影響26-47
• 3.1 模型建立26-29
• 3.1.1 幾何模型27-28
• 3.1.2 網格劃分28-29
• 3.1.3 邊界條件及參數選擇29
• 3.2 助推器個數對火箭底部熱環(huán)境的影響29-39
• 3.2.1 計算條件30
• 3.2.2 計算結果分析30-38
• 3.2.3 結論38-39
• 3.3 助推器與芯級間距離對火箭底部熱環(huán)境的影響39-46
• 3.3.1 計算條件39
• 3.3.2 計算結果分析39-45
• 3.3.3 結論45-46
• 3.4 本章小結46-47
• 第4章 火箭工作條件對火箭底部熱環(huán)境的影響47-72
• 4.1 飛行高度對火箭底部熱環(huán)境的影響47-55
• 4.1.1 計算條件47-48
• 4.1.2 計算結果分析48-54
• 4.1.3 結論54-55
• 4.2 飛行速度對火箭底部熱環(huán)境的影響55-63
• 4.2.1 計算條件55-56
• 4.2.2 計算結果分析56-62
• 4.2.3 結論62-63
• 4.3 芯級燃燒室工作壓強對火箭底部熱環(huán)境的影響63-71
• 4.3.1 計算條件63
• 4.3.2 計算結果分析63-70
• 4.3.3 結論70-71
• 4.4 本章小結71-72
• 第5章 發(fā)動機不穩(wěn)定工作對火箭底部熱環(huán)境的影響72-98
• 5.1 發(fā)動機不穩(wěn)定工作對推力的影響72-77
• 5.1.1 計算條件72-74
• 5.1.2 計算結果分析74-76
• 5.1.3 結論76-77
• 5.2 發(fā)動機穩(wěn)定工作時的流場特性77-83
• 5.2.1 計算條件77-78
• 5.2.2 計算結果分析78-83
• 5.2.3 結論83
• 5.3 發(fā)動機不穩(wěn)定工作時的流場特性83-96
• 5.3.1 火箭底部85-90
• 5.3.2 芯級燃燒室軸線90-92
• 5.3.3 芯級燃燒室壁面92-96
• 5.4 本章小結96-98
• 結論98-101
• 參考文獻101-106
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單106-107
• 致謝107

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