冷流二次喷射推力矢量控制影响因素的研究

摘要

由于二次喷射推力矢量系统的复杂性以及热流试验的恶劣工况，有必要在进行热流试验前开展冷流研究，以获得相关影响因素和规律。为了减少冷流的实验工作量，预先开展冷流二次喷射的数值计算，研究其规律，为实验提供设计依据，探讨冷流二次喷射推力矢量控制系统的特点及相关影响因素是很有意义的。
　　本文采用守恒型N-S方程和Realizable k-ε湍流模型，对固体火箭发动机冷流二次喷射推力矢量控制系统进行三维数值模拟研究。得到了二次喷射推力矢量系统复杂内流场（包含复杂涡系结构和波系结构等）图像，分析侧向控制力产生的机理及对主流轴向控制力所产生的影响。针对二次喷射的几何影响因素和物理影响因素，利用控制单一变量法进行分类数值计算，确定了二次喷射系统性能评价指标即侧向控制力、推力矢量偏转效率和推力损失，通过流场结构及相关性分析，探讨各影响因素对二次喷射系统性能的影响规律。
　　根据性能评价指标，采用控制变量法分析得到喷射位置、喷射角、包抄角、喷射孔夹角、和喷射孔孔径等因素对二次喷射系统性能的影响规律；根据主/射流干扰流场图像分析其影响机理。对多孔二次喷射实现发动机俯仰和滚转的机理进行了简单分析，并计算了相关工况的侧向控制力和扭转力矩。
　　应用线性回归分析方法，基于主/射流干扰三维流场数值模拟，针对工程实际对多影响因素影响强度进行综合分析，对二次喷射推力矢量控制系统的几何参数和二次射流的物性参数进行评估，获得了整个二次喷射系统主要影响因素影响强度的排序，为二次喷射系统的优化组合提供了参考依据。
　　本论文的研究对二次喷射冷流和热流系统的实验设计具有一定的工程价值。

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第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外相关研究

1.3 论文的主要内容

第2章 数值计算相关理论基础

2.1 基本控制方程

2.2 湍流模型

2.3 壁面函数

2.4 AUSM格式

2.5 推力积分

2.6 本章小结

第3章 物理模型建立及标准工况初步分析

3.1 物理模型及网格划分

3.2 标准工况下的流场分析

3.2 本章小结

第4章 冷流二次喷射参数影响分析

4.1 引言

4.2 喷射推力矢量系统性能评价指数

4.3 二次喷射孔的几何参数影响分析

4.4 二次喷射射流参数影响分析

4.5 本章小结

第5章 影响因素影响强度宏观分析

5.1 喷射参数影响综合分析

5.2影响强度分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢