某脉冲发动机内流场及热防护特性分析

作     者：吴佳男 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余陵;蔡文祥

授予年度：2016年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：脉冲发动机 数值模拟 喷管性能 流固耦合换热 热防护设计 

摘      要：脉冲发动机作为精确制导弹药驱动力的执行机构,具有比气动舵等其他执行机构无法比拟的快速响应特征。发动机组是将一系列独立的、高冲质比、短脉冲的固体火箭发动机组合在一起,可以有效地加强弹药打击移动目标能力,减少弹药消耗,满足现代战争对智能化弹药的需求。本文运用数值模拟及试验的方法对固体火箭发动机内流场及热防护进行特性分析,主要研究内容包括：(1)运用Fluent对L型脉冲发动机做三维定常流场的数值计算,分析发动机结构对流场结构及喷管性能参数的影响。结果表明,随着脉冲发动机偏心段向上移动,其推力减小,推力中心由喷管中心内侧向外侧移动。随着喷管入口端面距离偏心段高度的增加,推力先增大、后减小,推力中心发生阶跃性的变化。受发动机结构的限制,偏心段长度Z对喷管性能的影响较小。(2)对不同结构及不同材质的发动机进行流固耦合换热数值模拟。结果表明,燃气的涡旋流动是造成内壁面高温及烧蚀主要原因,铝质基座必须增加热防护部件。不同材料基座的温度场结构基本一致,由于材料导热系数及比热容的差异,壁面的温度梯度会存在一定的差异。(3)运用红外热像仪对发动机壁面温度进行测量,分析材料及结构对发动机温度分布及烧蚀的影响。研究结果表明,采用的计算模型能够比较的准确的对发动机的传热进行数值模拟,基座最高温度位于与燃烧室接触的部分。