双脉冲固体火箭发动机采用脉冲隔离装置将燃烧室分隔成两个部分,能够合理分配各脉冲的推力和点火时间间隔,具有双射程攻击能力、杀伤区域大、机动性能好、不可逃逸区大等优点,是一种新型先进动力装置。本文以双脉冲发动机为背景,研究多物理场耦合数值模拟方法,发展一套基于动态结构嵌套网格技术的多物理场耦合软件平台。建立金属膜片式和隔层式双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火过程计算模型,对点火过程中的燃气冲击特性、装药传热特性、金属膜片机械响应以及隔层变形力学特性进行了深入系统的研究,为脉冲隔离装置的设计、双脉冲发动机的工程研制提供重要参考。本文主要工作如下:一、基于格心型结构网格有限体积法,求解雷诺时均Navier-Stokes方程与热传导控制方程,湍流模型采用了一方程和两方程模型。对流通量计算采用AUSMPW+格式,网格界面重构采用MUSCL方法,粘性通量和扩散项的计算采用中心差分格式,非定常流动时间推进采用双时间步隐式LU-SGS方法。结构动力学有限元方程的求解采用经典的Newmark方法。通过多个复杂算例对数值算法进行了验证,结果表明所发展的数值算法具有较高的可靠性和计算精度。二、流固耦合采用分区迭代松耦合方法,交界面处满足运动学和动力学连续条件。基于动态结构嵌套网格技术处理大变形及大位移运动边界问题,采用洞映射方法提高洞边界的确定效率,提出了一种多块对接结构网格体系下的新型嵌套网格技术,适用于内流流动的数值模拟。基于矢量判别法提出了一种简单易行的贡献单元搜索方法,流场信息的传递使用双线性插值方法。耦合传热计算采用并行求解策略,时间推进采用紧耦合算法,耦合传热界面上满足热流密度连续及温度相等条件。通过多个复杂算例对数值模拟方法进行了验证,结果表明发展的多物理场耦合计算方法具有较高的可靠性和准确性。三、基于结构化、模块化思想开发了多物理场耦合软件平台,其主要特点包括:单物理场和多物理场耦合问题一体化分析能力;灵活方便地设置周期性边界条件;基于动态结构嵌套网格处理大变形及大位移运动边界问题;能够及时对软件进行技术升级和功能扩展。设计了固体火箭发动机点火实验和冷气冲击验证实验,使用软件平台对实验进行了数值模拟,结果表明软件平台的计算结果与实验值吻合良好,满足工程计算要求。四、基于发展的多物理场耦合软件平台,建立了金属膜片式双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火过程三维模型,对Ⅱ脉冲点火瞬态过程进行了数值模拟。分析了金属膜片破裂前后燃烧室内流场特性以及金属膜片的力学特性,获得了金属膜片破裂时间和破裂压强,研究了点火具质量流率、金属膜片厚度、金属膜片直径、推进剂燃速对点火过程冲击特性的影响规律及机理。结果表明:点火初期,受星孔装药结构影响,燃烧室内流场、推进剂表面温度分布和金属膜片表面的压力载荷均呈现出较强的三维特性;金属膜片破裂时间和破裂压强与压力载荷的大小、分布和加载历程相关;调整金属膜片厚度与直径,能够有效控制膜片破裂时间和破裂压强,以及燃烧室内的压力峰值。五、对隔层式双脉冲发动机Ⅱ脉冲点火瞬态过程进行了数值模拟,基于动态嵌套网格技术处理隔层变形胀大问题。分析了隔层破裂前后燃烧室内流场特性以及隔层变形力学特性,获得了隔层破裂时间和破裂压强,研究了点火具质量流率、推进剂燃速和燃烧室自由容积对点火过程冲击特性的影响规律及机理。结果表明:隔层破裂时间和破裂压强与压力载荷的大小、分布和加载历程相关;提高点火具质量流率能够减小隔层破裂延迟时间;自由容积对发动机达到稳定状态的时间影响较大。