固体微推进器工作过程的仿真研究

摘要

基于微机电系统技术的固体微推进器由于其成本低、可靠性高等优点受到了越来越多的重视。针对目前对固体微推进器的数值模拟研究中尚没有既考虑固体推进剂的燃面退移过程又考虑推进剂气相产物相互作用的研究，本文提出了利用燃速公式和化学反应动力学机理相结合的方法来模拟固体推进剂的瞬态燃烧过程。本文主要研究对象是某型号固体微推进器，推进剂采用研究较多的高氯酸铵/端羟基聚二丁烯(AP/HTPB)，利用数值模拟的方法对固体推进剂的燃烧过程和燃气流动、传热等过程进行仿真研究。
　　利用FLUENT软件对固体微推进器的工作过程进行仿真研究，通过对燃速公式的求解、AP/HTPB推进剂化学反应动力学模型以及热流固耦合模型的建立，完成固体微推进器工作过程仿真模型的建立。之后对固体微推进器的瞬态工作过程进行了仿真研究，得到了固体推进剂燃烧过程中燃烧温度，燃烧室压力，各组分质量浓度在微推进器内的分布，燃气流动速度、马赫数以及推力等随时间的变化规律，以此来分析推进剂的燃烧情况以及微推进器性能。
　　本文首先对AP/HTPB推进剂质量配比进行了研究，分析了不同配比情况下推进剂的燃烧温度、组分浓度分布等规律，研究不同质量配比下推进剂气相组分间的作用机理;然后又研究了固体微推进器壁面条件（壁面材料和壁面厚度）和结构参数（燃烧室直径和喷管扩张半角）对推进剂的燃烧情况和微推进器性能的影响规律，深入分析并解释了固体微推进器工作过程中的各种现象以及各参数对固体微推进器工作过程的影响规律。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 固体微推进器国内外研究现状

1．2．1 固体微推进器结构设计国内外研究现状

1．2．2 固体微推进器数值模拟研究国内外研究现状

1．3 研究内容

2 固体微推进器仿真计算的数学模型

2．1 固体推进剂AP／HTPB燃烧模型的建立

2．1．1 AP／HTPB推进剂的燃面退移

2．1．2 AP／HTPB推进剂的气相化学反应动力学模型

2．2 固体微推进器内传热传质及流动模型的建立

2．3 模型验证

2．4 本章小结

3 固体微推进器仿真模型的建立及结果分析

3．1 边界条件及网格的确定

3．2 固体微推进器工作过程分析

3．2．1 AP／HTPB推进剂燃烧过程分析

3．2．2 固体微推进器性能分析

3．3 AP／HTPB推进剂配比对燃烧过程的影响研究

3．4 本章小结

4 壁面传热对固体微推进器工作过程影响规律研究

4．1 壁面材料对固体微推进器工作过程影响规律研究

4．1．1 壁面材料对推进剂燃烧过程的影响分析

4．1．2 壁面材料对固体微推进器性能影响分析

4．2 壁面厚度对固体微推进器工作过程影响规律研究

4．2．1 壁面厚度对推进剂燃烧过程的影响分析

4．2．2 壁面厚度对固体微推进器性能的影响分析

4．3 本章小结

5 固体微推进器结构参数对工作过程影响规律研究

5．1 燃烧室直径对推进剂燃烧过程的影响规律研究

5．2 喷管扩张半角对固体微推进器性能的影响规律研究

5．3 本章小结

6 全文总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历

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