定向器内二维轴对称模型的非定常流动模型(3)
时间:2018-09-21 19:02 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
火箭发动机工作时，高温，高速，高压燃气射流对于定向器管内的作用也是首当其冲的：高温气体使定向器管内壁面材料烧蚀，降低工作表面质量，对管内热防护提出更高要求；高速气流本身所包含的固体颗粒对定向器管内严重冲刷，同样会导致定向器表面质量下降，加之烧蚀影响，势必会对再次发射时的火箭弹带来影响；对于欠膨胀射流，射流喷出时带动管壁与弹体间隙气流膨胀，撞击下游管壁，形成撞击激波，如若增大滞止压力，喷管出口处射流膨胀角增大，撞击激波能量更大，影响定向管动力学特性，甚至会回流间隙，引起旁泄流，带来弹体振动，所以有必要对火箭射流在定向器内非定常流动进行研究。 定向器是承载火箭弹的一个重要装置，对其在发射时的结构动力学分析和优化，将尽可能的降低来自火箭弹未离轨时对火箭内弹道性能的影响。在火箭弹未离轨时，研究定向器的结构动力学的一个输入条件便是燃气射流粘性力对于定向器壁面的作用，因此研究燃气射流在定向器内的非定常流动很有必要。 另一个方面，不管是对于工艺性要求还是轻量化的要求，了解燃气射流对于定向器的影响，对于优化定向器是有益的，在了解燃气射流对于管壁作用力，以及热侵蚀的前提下，我们可以采用更加经济性的工艺，更加合理化的设计方案并且在保证符合工况要求的情况下，设计出更好的定向器。 随着固体火箭推进药的发展，燃气射流的温度，压力，速度越来越高，对于定向器的热冲刷载荷和动力冲刷载荷也更大，研究管内非定常燃气射流，对于提高热防护性能减少冲刷侵蚀，提高定向的工作状况和使用寿命也有很大作用。此外，在火箭弹飞离定向器的过程中，壁面所受到的粘性里会在极短的时间内增大，如果火箭发射载体的支撑状况不理想，会引起震动，影响火箭内弹道，影响火箭弹性能。 总之，研究管内非定常射流将有利于我们研究定向器的热防护性能和火箭炮的结构动力学，对于优化定向器设计，提高火箭弹密集度都具有极为重要作用。 1.2 燃气射流研究发展 1.3 本文研究内容 本文通过数值模拟的方法，重点研究了带有外流场的二文轴对称非定常管内燃气射流流动。 (1) 网格生成 在GAMBIT中生成计算区域，在fluent中使用动态分层技术，通过用户定义函数赋予火箭发动机运动加速度，模拟得到火箭在管内运动的网格模型。 (2) 选择合理计算模型 通过在无外流场的管内非定常射流中，比较不同的网格大小，流体粘度情况，以及湍流模型下燃气射流参数的稳定性，选取合适本次计算的网格大小，流体粘度及湍流模型。 (3) 轴对称模型仿真研究 在选取合理的计算模型基础上，首先计算二文轴对称自由射流，待计算稳定收敛后，开启动网格计算，计算非定常管内流动，得到自由射流的流场规律，以及不同时刻不同位置处管内非定常流动规律。 (4)分析仿真结果 分析自由射流场压力，温度，速度等气动参数的分布情况；分析弹体运动到管内典型位置时候，管内不同时刻压力，温度，速度参数分布情况，以及管壁粘性里的变化趋势。 2 射流数学模型以及网格生成 计算流体力学（computational-fluid-dynamic,CFD）方法的诞生，使得流体的研究有了新的发展方法。CFD通过将时间和空间上的连续物理场离散为一系列变量的合集，并建立这些离散点上变量的相互之间的代数关系，然后利用计算机求解速度快的特点，求解方程，得到与实际情况相似的解。它恰好弥补了理论分析方法和实验方法的不足。将非线性控制方程转化为线性关系，这样可以充分发挥计算机求解线性问题速度快的优点。在计算机辅助软件的帮助下，我们可以根据需要修改计算区域，边界条件，不受实际实验条件的限制，得到的结果也较为准确。所以，将数值计算运用到燃气射流的计算中，能够较为准确，经济的得到各种实验参数，有着得天独厚的优势。 (责任编辑：qin) |