小型隔舱式双脉冲固体火箭发动机内流场数值研究

摘要

多脉冲固体火箭发动机是一种能多次启停的新型固体火箭发动机，其具有较高的可控性，可以有效减少导弹飞行速度及气动阻力峰值，提高导弹末段速度及突防能力。双脉冲固体火箭发动机作为多脉冲固体火箭发动机的一种，因其结构简单，稳定性高等特点而被广泛应用。
　　目前，双脉冲固体火箭发动机内级间装置对两相流的影响、二脉冲点火过程等相关问题需要进一步深入研究。本文的主要研究目的是通过对双脉冲发动机内流场的数值计算，分析级间装置开孔大小与开孔角度对两相流的影响以及二脉冲点火过程中不同因素对点火延迟的影响。本文主要研究内容及结论如下:
　　(1)建立了发动机内流场纯气相流和气固两相流的理论模型。采用FLUENT软件对级间构型对发动机内两相流的影响进行数值模拟，结果表明，为减少壁面烧蚀及粒子对壁面的冲蚀作用，级间孔径与喉部直径比值应在6.7左右，同时避免采用具有角度的级间孔。
　　(2)建立了双脉冲固体火箭发动机点火过程的数学模型，对双脉冲发动机的点火延迟情况进行了计算仿真，研究了膜片打开压力、点火器流量、燃烧室自由容积、推进剂燃速等不同因素对点火延迟的影响。结果表明，燃烧室自由容积、推进剂燃速是影响二脉冲工作过程点火延迟的主要因素。
　　(3)设计了级间隔离装置结构及金属膜片结构，采用ANSYS软件对金属膜片承压过程进行了仿真计算。对设计的金属膜片及其级间隔离装置的承压能力进行了相关试验，通过仿真计算结果与试验结果的对比，发现两种结果相近，设计的级间隔离装置及金属膜片满足要求。