底部排气弹/箭底压特性分析模型与计算仿真

摘要

利用固体推进剂燃烧提高底压力而实现减阻或产生推力的底部排气技术广泛应用于火箭、导弹、炮弹等超高音速飞行器中，如底部排气装置与固体火箭发动机。减阻率与推力系数分别是底排弹和火箭发动机的重要特性参数，并且同底压及来流压力之间有着显著的关系，准确地计算出底压特性是预测减阻率和推力系数是一项重要的研究内容。
　　本文主要基于大量底部排气实验结果，通过建立底压来流比与底部排气参数之间的关系及工程算法，依此来计算减阻率和推力系数。本文的主要工作:
　　(1)通过对国内外的风洞试验数据和半经验公式进行整合与比较，计入排气率I、排气温度Tj和来流马赫数Ma∞对底压比的影响，建立了底排装置底压比半经验公式模型，该模型在I＜0.005条件下具有满足要求的精确度，而且在更大范围内也可以满足设计要求;
　　(2)根据底部排气的亚音速和一维等熵流动假设，建立了底排装置内弹道模型，并模拟计算转速对底排装置内弹道参数的影响;建立了六自由度底排弹外弹道模型;通过联立求解底排装置内弹道模型与外弹道模型，实现了减阻率的快速实时计算，不需要提前给出减阻率，计算结果满足较高的精度;
　　(3)为了实现底排装置减阻率与火箭发动机推力系数的快速预测与计算，基于建立的工程计算模型和底压比关系，采用Matlab程序，编制了仿真计算模块，主要包括:底部排气弹的内弹道计算模块、底部排气弹的底压比计算模块和固体火箭发动机的底压比计算模块;
　　(4)利用仿真计算模块，通过输入不同的底排装置和火箭发动机特性参数，计算了不同的来流马赫数、燃气温度、结构参数对底压比的影响，并与历史文献试验数据进行了对比分析，结果表明仿真计算结果具有较高的计算精度，可满足工程计算需求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 底排装置结构研究

1．2．2 底排减阻率计算方法研究

1．2．3 底排减阻的实验研究

1．3 本文主要工作

2 底部排气弹内弹道模型及数值计算

2．1 底排药柱的燃速

2．2 底排装置的排气流量的计算

2．3 底排装置的内压力计算

2．4 药柱燃烧面积与燃气所占体积的计算

2．5 底排装置的内弹道计算模型

2．6 本章小结

3 底部排气弹／箭底压比预测模型及外弹道仿真

3．1 底部排气减阻机理

3．2 底排装置的底压比

3．2．1 底压比定义及计算方法

3．2．2 底压比计算模型

3．2．3 底压比计算仿真

3．3 火箭发动机的底压比计算模型

3．4 底部排气弹的外弹道模型及数值计算

3．4．1 六自由度弹道模型

3．4．2 攻角影响

3．4．3 飞行状态下工作过程模拟

3．5 本章小结

4 底部排气弹／箭工作期间底压比'计算仿真

4．1 工程计算仿真设计

4．2 计算软件功能

4．2．1 底排药柱装药结构及计算界面

4．2．2 底排装置的内弹道计算界面

4．2．3 底部排气的底压比与减阻率计算界面

4．3 火箭底压比计算及推力系数设计界面

4．4 本章小结

5 仿真计算与相关实验结果的比较分析

5．1 底排装置底压比计算分析

5．2 火箭底压比计算分析

5．3 本章小结

6 总结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献