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固体火箭发动机燃气舵热分析研究

作　者: 董晓芳
导　师: 张劲夫
学　校: 西北工业大学
专　业: 一般力学与力学基础
关键词: 燃气舵流场分析温度场热应力烧蚀
分类号: V435
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 195次
引　用: 2次
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内容摘要

本文对固体火箭发动机燃气舵的工作环境进行了系统的研究,计算了燃气舵的流场环境、内部应力场以及热烧蚀情况。文中根据某型号固体火箭发动机燃气舵的实际工作情况,建立精确的几何模型,并根据其工作环境对计算模型进行了一定的简化。分别计算了在六种工况下,燃气舵周围三维流场的特性参数以及燃气舵表面的三维温度场分布;燃气舵在流场受到的各方向压力和粘性力;在此基础上计算了燃气舵内部热应力以及总合力;最后研究了燃气舵在工作时的体积烧蚀情况。本文的研究表明:燃气舵内部的温度场和热应力场的分布受舵面温度影响较大,而燃气舵的表面温度分布、受力情况以及附近流场的流动参数又和流场来流方向、燃气舵偏转角度、燃气舵几何型面有很大的关系,所以对燃气舵的设计,首先应着重设计燃气舵的几何型面:从应力计算来看,由气动力产生的机械应力与热应力相比很小,可以忽略不计,热应力的最大发生点在燃气舵根部的B区域,而且整个根部的应力都明显的升高:燃气舵的温度极大区、高温带基本出现在A、B、C、D这四个区域内,而且从烧蚀计算结果来看,A区以及C区和D区之间这两块区域最容易产生烧蚀现象。

全文目录

第一章绪论  7-12
  1.1 概述  7-8
  1.2 本文研究方法与研究内容  8-12
第二章流场计算  12-35
  2.1 流场计算方法  12-16
    2.1.1 三维Navier-Stocks方程  12-13
    2.1.2 离散方法  13-15
      2.1.2.1 迎风格式  13-14
      2.1.2.2 时间项离散格式  14-15
      2.1.2.3 湍流模型  15
    2.1.3 边界条件处理  15-16
      2.1.3.1 固体壁面边界条件  15-16
      2.1.3.2 远场边界条件  16
  2.2 计算分析  16-33
    2.2.1 第一组工况结果  16-25
      2.2.1.1 工况一结果  16-19
      2.2.1.2 工况二结果  19-22
      2.2.1.3 工况三结果  22-25
    2.2.2 第二组工况结果  25-33
      2.2.2.1 工况四结果  25-28
      2.2.2.2 工况五结果  28-30
      2.2.2.3 工况六结果  30-33
  2.3 计算结论与建议  33-35
第三章温度场及热应力的计算  35-54
  3.1 计算方法  35-38
    3.1.1 三维温度场微分方程  35-37
    3.1.2 应力计算  37-38
    3.1.3 边界条件处理  38
  3.2 建立模型  38-40
    3.2.1 有限元计算模型  38-40
    3.2.2 材料的物理性能参数  40
    3.2.3 计算工况  40
  3.3 计算结果  40-52
    3.3.1 第一组工况结果  40-46
      3.3.1.1 工况一结果  40-42
      3.3.1.2 工况二结果  42-44
      3.3.1.3 工况三结果  44-46
    3.3.2 第二组工况结果  46-52
      3.3.2.1 工况四结果  46-48
      3.3.2.2 工况五结果  48-50
      3.3.2.3 工况六结果  50-52
  3.4 结果分析  52-53
  3.5 结论  53-54
第四章烧蚀与热防护  54-63
  4.1 C\C复合材料的烧蚀机理  54-55
  4.2 本文建立的烧蚀模型与计算方法  55-57
  4.3 烧蚀计算结果  57-62
    4.3.1 第一组工况结果  57-59
      4.3.1.1 工况一结果  57-58
      4.3.1.2 工况二结果  58-59
      4.3.1.3 工况三结果  59
    4.3.2 第二组工况结果  59-62
      4.3.2.1 工况四结果  59-60
      4.3.2.2 工况五结果  60-61
      4.3.2.3 工况六结果  61-62
  4.4 结果分析  62-63
第五章结论与展望  63-65
  5.1 本文的研究结论  63
  5.2 研究展望  63-65
参考文献  65-67
论文发表情况  67-68
致谢  68-69

固体火箭发动机燃气舵热分析研究

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