论文部分内容阅读
随着火箭武器远程化、小型化的发展,固体火箭发动机中广泛使用具有大长径比和高装填密度的自由装填药柱。固体火箭发动机点火过程为典型的瞬态激励过程。在自由装填药柱发动机点火过程中,冲击载荷特性及固体推进剂药柱的力学特性较复杂,药柱的结构完整性容易受到破坏,也可能使装药内部微观缺陷增长造成结构破坏。因此本文针对自由装填固体火箭发动机在点火过程的装药冲击特性开展研究。本文建立了自由装填固体火箭发动机点火过程二维轴对称模型,采用UDF用户自定义函数对装药壁面传热、推进剂燃烧加质过程进行编程,通过流固耦合接口软件MpCCI以及FLUENT、ABAQUS软件进行数值仿真,对发动机点火流场建立过程压强载荷分布规律以及推进剂装药在点火过程中力学冲击特性进行了分析研究。本文主要内容包括以下几个方面：(1)根据自由装填固体火箭发动机点火流场建立过程及装药载荷分布规律,对装药力学结构特性进行分析。研究表明点火初期阶段点火激波造成推进剂装药应力集中,并随激波在装药通道内动态传播；推进剂燃烧加质阶段,高压燃气传播过程是形成装药壁面冲击的主要原因,Mise等效应力和位移变形最大值均发生在喷管堵盖开启前压强波后段：堵盖开启后,装药瞬态冲击特性消失,压强载荷趋于稳定。(2)针对点火器质量流率、点火器喷口直径、点火器距装药端面距离、喷流角度对发动机点火过程中装药冲击特性影响进行了流固耦合研究,得到发动机流场特性、装药壁面压差分布规律及其力学特性。结果表明点火器质量流率对装药点火力学冲击影响较复杂。点火器喷口直径、装药端面距离、燃气喷流角度均存在最优值,合理设计点火器结构可以使推进剂装药在点火过程中受到的力学冲击减小(3)对推进剂装药相关特性参数变化对自由装填固体火箭发动机点火冲击特性的影响进行了流固耦合分析研究。研究表明推进剂燃速和泊松比对装药点燃后各阶段的点火冲击特性产生较大影响。Mise等效应力和位移变形随推进剂燃速增大而显著增大。泊松比值在接近0.5变化时,装药应力及变形均随泊松比增大而增大；泊松比显著减小对发动机堵盖开启后阶段的装药力学结构影响较大。本文对自由装填固体火箭发动机点火冲击特性及其影响因素的研究可以为该类固体火箭发动机设计提供理论依据。