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固体燃料冲压发动机工作过程数值模拟研究

作　者: 林小迪
导　师: 武晓松
学　校: 南京理工大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 固体燃料冲压发动机 多步反应 燃速 统一内流场 数值模拟
分类号: V435
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 46次
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内容摘要


固体燃料冲压发动机(SFRJ)是一种吸气式发动机,具有结构简单,比冲高,高速飞行性能良好,可靠性好等优点。它具有广泛的应用前景,国内外做了很多的研究工作。本文以固体燃料冲压发动机为研究对象,采用理论分析和数值仿真相结合的方法,对固体燃料冲压发动机的工作过程进行计算分析研究。本文的研究内容包括以下两个部分：第一,针对某型60mm固体燃料冲压发动机的燃烧室,基于κ－ε湍流模型,多组分、多步反应机理模型以及EDC燃烧模型,建立了固体燃料冲压发动机燃烧室仿真模型并对该型发动机进行了数值仿真,分析了流动和燃烧特点,得到了燃速变化曲线。曲线与国外实验结果吻合较好,验证了该模型的正确性。将使用多步模型的计算结果同使用单步反应模型的计算结果进行了对比分析,结果表明,使用单步反应模型的燃烧室温度、压强均偏高,燃速也比使用多步反应模型的计算结果误差大。第二,针对某固体燃料冲压发动机的模型,基于κ－ε湍流模型,简单反应模型以及涡耗散燃烧模型,建立了固体燃料冲压发动机的统一内流场模型,对固冲统一内流场进行了数值仿真,分析了不同来流马赫数,燃烧室直径对固体燃料冲压发动机流场、再附点位置、燃速以及发动机性能参数的影响,结果显示随着燃烧室直径增大,再附点位置会后移,随着来流马赫数或燃烧室直径增大,燃烧室温度会升高,燃烧室内局部燃速也会增大。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-14
  1.1 研究背景及意义  7
  1.2 固体燃料冲压发动机国内外应用发展现状  7-11
  1.3 固体燃料冲压发动机国内外数值模拟研究  11-13
  1.4 本文主要内容  13-14
2 固体燃料冲压发动机的结构及其工作特性  14-20
  2.1 SFRJ的基本结构  14-15
  2.2 进气道  15-17
    2.2.1 进气道分类  15
    2.2.2 进气道的工作状态  15-17
  2.3 燃烧室  17-18
    2.3.1 燃烧室内流动特性  17
    2.3.2 燃烧室内燃烧机理  17-18
  2.4 喷管  18-20
3 数值计算方法  20-25
  3.1 基本假设  20
  3.2 控制方程组  20-22
  3.3 湍流模型  22
  3.4 燃烧模型  22-23
  3.5 化学反应机理  23-24
  3.6 燃速模型  24-25
4 固体燃料冲压发动机燃烧室数值模拟  25-43
  4.1 计算模型  25-27
    4.1.1 计算区域  25
    4.1.2 计算网格  25-26
    4.1.3 求解方法  26
    4.1.4 边界条件  26-27
  4.2 计算结果分析  27-36
    4.2.1 三步化学反应流场特征  27-28
    4.2.2 回流区  28-29
    4.2.3 燃烧室温度  29-31
    4.2.4 燃烧室内化学组分析  31-34
    4.2.5 燃速分析  34-36
  4.3 三步化学反应模型计算结果与单步反应结果比较  36-41
    4.3.1 温度比较  36-38
    4.3.2 燃烧室压强比较  38-39
    4.3.3 马赫数比较  39-41
    4.3.4 燃速比较  41
  4.4 本章小结  41-43
5 固体燃料冲压发动机全流场数值模拟  43-62
  5.1 计算模型  43-45
    5.1.1 计算区域  43
    5.1.2 计算网格  43-44
    5.1.3 求解方法  44
    5.1.4 边界条件  44-45
  5.2 计算结果分析  45-58
    5.2.1 流场特征  45-48
    5.2.2 进气道  48-51
    5.2.3 回流区  51-52
    5.2.4 燃烧室温度  52-55
    5.2.5 燃烧室内化学组分分布  55-56
    5.2.6 燃速分析  56-58
  5.3 发动机性能分析  58-60
    5.3.1 推力及比冲计算方法  58-59
    5.3.2 推力及比冲计算结果分析  59-60
  5.4 本章小结  60-62
6 结论与展望  62-64
  6.1 主要工作及结论  62-63
  6.2 创新点  63
  6.3 展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
攻读硕士期间发表的学术论文  69

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 推进系统（发动机、推进器） > 固体推进剂火箭发动机
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