超音速射流双稳阀的数值模拟

作     者：薛晓强 

作者单位：浙江工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐温干

授予年度：2004年

学科分类：08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：超音速射流双稳阀 激波 v2f 湍流模型 O型网格 混合网格 

摘      要：为了提高战术武器的命中率，对一些战术武器在飞行过程中需要进行必要的姿态控制。例如无控火箭在发射时和飞行之初易受到各种干扰，使它的命中精度大大降低。如果能在火箭主动段加一套简易的控制系统来控制火箭的姿态，则将大大提高火箭的命中精度。超音速射流双稳阀，特别是采用负压切换的超音速射流双稳阀因其具有切换快速、可用低温气流控制高温燃气和在高温燃气中无活动部件的优点而适用于火箭弹的姿态控制系统中。 本文对采用负压切换的用于A100远程多管火箭弹BK183-5姿控发动机的50阀以及在其基础上改进的42.5阀进行了数值计算，取得了较为满意的效果，计算结果与理论分析和实验数据都十分接近。 本文用简单、方便的二维模型作为数值计算的起点，使用耦合隐式算法以及先进的v2f湍流模型进行求解，成功地捕捉到了激波，观察到主气流从壁面的分离、切换、再附壁等现象，并对计算结果进行了细致的分析，得出一些有意义的结论;在此基础上，本文在国内外首次对超音速射流双稳阀的三维流场进行了计算。在三维模型中，分别采用O型网格和混合网格的方法解决了两处较复杂结构处的网格生成，不仅使网格生成总数大大减少，网格生成所花费的时间大大降低，而且在大多数区域采用高质量的六面体结构网格也提供了更高的计算精度;通过三维流场与二维流场计算结果的比较，明确了用二维模型代替三维模型来对双稳阀内流场进行数值计算是不完善的，应用到某些具体问题如火箭弹实际的姿态控制系统中时，还必须对其全三维流场进行求解。本文利用三维流场的计算结果合理地解释了实验中发生的现象，并通过与已有的实验数据的对比，验证了超音速射流双稳阀数值模拟的可靠性和准确性，有望应用于实际工程的初步设计。