含裂纹固体火箭发动机点火启动阶段内流场计算

摘要

固体火箭发动机在生产和贮存过程中可能受到多种载荷作用,因而固体推进剂表面会产生各种各样的裂纹。固体火箭发动机点火启动段伴随着复杂的化学、物理过程,发动机燃烧室中会出现较高的压力峰。推进剂裂纹内表面经过燃烧室高压、高温燃气的传热,最终被点燃形成对流燃烧。裂纹在对流燃烧的作用下可能会引起裂纹扩展,即使裂纹不扩展,它也增加燃烧表面积,影响发动机燃烧室流场分布;另一方面裂纹流场的分布也取决于发动机燃烧室的流场分布。准确计算含有裂纹发动机点火瞬时的流场分布具有重要意义,因为它可作为进一步分析装药结构完整性和进行超期固体火箭发动机失效判定的基础。本文通过对含有不同位置裂纹和不同几何尺寸裂纹的固体火箭发动机点火启动阶段内流场的耦合计算,得到了其流场分布。对所得结果进行分析,得到了不同位置和不同几何尺寸裂纹对发动机点火启动阶段内流场的影响规律。具体如下:(1)在发动机点火启动阶段,头部裂纹相对于尾部裂纹对燃烧室流场的影响更大,因此在发动机结构完整性分析时,头部裂纹更应该引起关注。(2)在发动机点火启动阶段,裂纹深度越深对燃烧室流场的影响越明显,燃烧室内的最大压强越大,裂纹尖端的压强越大,裂纹容易扩展。(3)在发动机点火启动阶段,裂纹开口宽度在比较小的情况下,对燃烧室流场分布影响不大。但是在一定限度内减小裂纹开口宽度对裂纹内部的压强分布影响很大,因此这种裂纹很容易扩展。