固体燃料冲压增程弹弹道特性研究

作     者：于栋梁 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武晓松

授予年度：2013年

学科分类：082601[工学-武器系统与运用工程] 08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0826[工学-兵器科学与技术] 082602[工学-兵器发射理论与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：固体燃料冲压发动机 增程弹 气动力 弹道性能 

摘      要：固体燃料冲压发动机具有结构简单、比冲高且能够自适应工作等优点。利用固体燃料冲压发动机增程的炮弹,能够很大程度的提高炮弹的射程,且炮弹拥有较高的飞行速度,缩短全弹道飞行时间,提高突防能力,具有很好的利用前景。本文对固体燃料冲压发动机增程弹弹道性能开展了研究。 针对固体燃料冲压发动机的工作特点,提出了固体燃料冲压发动机部件耦合计算的性能预示方法。该方法通过求解进气道中正激波的位置来达到耦合计算发动机各部件性能的目的,并在燃烧室计算模型中增加了平衡常数法热力计算过程,较以往热力计算差值的方法快捷简便,适用于包含有C、H、O、N的单质推进剂或复合推进剂的情况。这种性能计算方法可以快速准确的预测发动机的内弹道性能,为发动机结构型面设计提供依据。 基于二维轴对称可压缩N-S方程、标准k-ε模型,对一种固体燃料冲压增程弹进行了内外流场仿真,分析了不同马赫数下的内外流场特点和空气动力变化特点。针对固体燃料冲压增程弹的外形特点,提出了一种构建相似弹丸变换积分的计算空气动力的方法,该方法可以利用有旋特征线法和二次激波膨胀波法等方法来计算固冲增程弹外罩气动力。通过计算对比发现此方法在发动机设计状态时具有可靠的计算精度。 利用上述研究,建立了固冲增程弹质点弹道模型,对增程弹进行了内弹道、外弹道一体化弹道仿真,在一定程度上揭示了增程弹结构参数与弹道性能间的关系。针对增程弹飞行的特点,得出了固体燃料冲压发动机增程弹推力和阻力匹配设计的计算流程,此方法根据增程弹所出的不同飞行高度和速度,可以设计出增程弹外形面和内型面结构参数。 开发了具有上述计算功能的软件。该软件既能够预估已知参数的增程弹性能、阻力特性,也能够进行增程弹弹道仿真,还可以辅助进行固冲增程弹的设计。该软件能够满足增程弹总体方案设计的需要,有效的提高设计能力,缩短研制周期,对固体燃料冲压增程弹相关设计和试验提供一定的理论指导和参考。