固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能研究.pdf

1、固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)具有比沖高、可靠性高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，在超聲速和沖壓增程炮彈等領(lǐng)域的應(yīng)用前景非常廣闊，但由于其內(nèi)部燃燒流動(dòng)較復(fù)雜，內(nèi)彈道難以準(zhǔn)確預(yù)估，給固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)帶來很大困難。本文采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法對(duì)固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能進(jìn)行了深入研究，主要對(duì)其推力和比沖、燃燒室燃燒效率和總壓損失等作了定量研究。
　　由于SFRJ內(nèi)部流動(dòng)與燃燒狀態(tài)較為復(fù)雜，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的難度，并在一定程度上制約了其

2、在工程上的應(yīng)用，因此有必要建立SFRJ數(shù)值仿真模型并深入分析其內(nèi)部流場(chǎng)規(guī)律。通過假定固體裝藥的燃燒速率滿足Arrhenius公式，然后根據(jù)固體裝藥表面的能量方程式來求解裝藥表面的溫度，這種方法需要確定Arrhenius中的指前因子和活化能，使得計(jì)算變得復(fù)雜，但解決了燃料表面溫度的矛盾。本文基于這種方法，將固體裝藥溫度場(chǎng)的求解轉(zhuǎn)化為熱平衡下固體裝藥的總傳熱量的求解，研究了以 HTPB為固體燃料的SFRJ內(nèi)流場(chǎng)規(guī)律。通過與Campbell

3、Jr等的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，說明了本文建立的數(shù)值仿真模型準(zhǔn)確度較高。
　　名義推力Fm為噴管出口射流與迎面氣流的富裕沖量差，比沖的定義是每秒鐘消耗1kg燃料所產(chǎn)生的推力。為獲得固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)彈道性能的預(yù)示計(jì)算模型，針對(duì)內(nèi)彈道計(jì)算的主要任務(wù)，采用理論分析結(jié)合數(shù)值模擬的方法，推導(dǎo)出了SFRJ推力和比沖的工程表達(dá)式，并對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，研究結(jié)果表明：1）推力的理論推導(dǎo)公式比較復(fù)雜，考慮的參數(shù)較多，與數(shù)值模擬所得結(jié)果的相對(duì)誤差均在

4、5％以內(nèi)；2）比沖主要取決于推力和燃速，因此文中推導(dǎo)出了固體燃料平均燃速的計(jì)算式，代入公式計(jì)算得到的理論結(jié)果與仿真結(jié)果趨于一致；3）理論分析過程嚴(yán)密，揭示了各變量間的內(nèi)部關(guān)系，所建數(shù)值計(jì)算模型準(zhǔn)確度較高。因此文中的內(nèi)彈道性能理論計(jì)算式適用性和可信度較高，對(duì)固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的初步設(shè)計(jì)和仿真試驗(yàn)有較大的參考價(jià)值。
　　為了獲得固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率計(jì)算模型，采用理論分析的方法創(chuàng)建了燃燒效率模型，初步推導(dǎo)出了燃燒效率的表達(dá)式，并

5、運(yùn)用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行了深入研究，研究結(jié)果表明：1）所建數(shù)值計(jì)算模型準(zhǔn)確度較高，與試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)誤差均在3%以內(nèi)，可用數(shù)值模擬代替試驗(yàn)驗(yàn)證研究結(jié)果的可信度；2）燃燒室燃燒效率與進(jìn)氣流量、燃燒室壓強(qiáng)、燃燒室長(zhǎng)度成指數(shù)關(guān)系，同燃料內(nèi)徑以D=2為分界點(diǎn)成分段指數(shù)關(guān)系；3）改變工況后運(yùn)用擬合公式計(jì)算所得結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果契合度較好。因此本文燃燒效率模型及其擬合公式的合理性和適用性較高，有很好的理論與工程價(jià)值。
　　為建立固體燃料沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)