Fortran壅塞式燃气阀芯通道内流场数值研究(2)
4.3 湍流模型流场轨迹及湍流参数分析 32
5 燃气通道流场数值模拟与分析 35
5.1 结构A的数值模拟 35
5.2 结构B的数值模拟 37
5.3 结构C的数值模拟 40
5.4 三种结构的对比 42
6 入口条件及出口反压对流场的影响 44
6.1 入口条件的研究 44
6.2 出口反压的研究 47
结论 49
致谢 50
参考文献 51
附录A 部分程序代码 53
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
随着军事科技的日益发展，火箭武器的速度和射程都在不断地提升，快速精确打击的重要性越来越突出，导弹无疑是未来战争中最重要的武器之一。而随着反导系统的快速发展，现代战争对导弹的要求也越来越高。新一代导弹必须具备高强度的机动性，超声速巡航能力和远距离飞行能力。这些性能实现与否和导弹发动机的选择息息相关。固体火箭冲压发动机（固冲发动机）是一种新型的性能优良的冲压发动机，其比冲高，并且可以实现全程动力飞行，在提高导弹的机动性、射程、生存和突防能力方面有卓越的表现[1]。作为发动机中供给贫氧燃气的组件，燃气发生器在固冲发动机中有着及其重要的功用。因此，对燃气发生器内流场进行研究并选择合适的结构尤为重要。
固体火箭冲压发动机有两种燃气发生器，分别是非壅塞式和壅塞式。非壅塞式燃气发生器不选用通例的阀门节流装置，而是在导弹航行状况转变时，直接利用压力指数非常高的推进剂来根据补燃室的实际压强自动改变燃烧速率[3]，从而保持相对稳定的空燃比。这种调节对推进剂的依赖性很高，推进剂压力指数越高其调节能力越强，而压力指数越高的推进剂化学性质越活泼，在生产和装填的过程容易发生爆炸，使用起来有较大的安全隐患，并且这种调节是被动调节，在飞行高度不变时是无法改变推力的。壅塞式的固冲发动机应用更广泛，首先，相对液体火箭发动机，它的反应时间更短，结构更简单、可靠，且文护方便。第二，相对于普通的固体火箭发动机，它可实现燃气流量的调节，且其高度富燃推进剂的燃烧产物与空气二次燃烧，可释放更多能量[2]。另外，相对于非壅塞式固体冲压发动机，壅塞式可以根据导弹所处环境主动改变燃气发生器的质量流率，使发动机效率最高。使导弹的机动性更强，飞行范围更大。综合以上分析，本文选择了壅塞式燃气发生器进行研究。
冲压发动机在工作过程中会遇到很多情况的变化，发生器的工作过程也会受其影响。推进剂性能有偏差、关键性尺寸偏离设计值、动机工作的环境条件都会成为影响壅塞式燃气发生器工作过程的因素。
对于第一个因素，在发动机工作中能够用调节阀控制发生器喷管喉道面积。本文将对这一区域的内流场进行计算，研究燃气发生器内部的流动规律。本文对工作环境的影响也将进行研究，通过改变模型结构、入口条件和出口反压，观察数值结果中的流场特性，即压强、温度、马赫数、密度和出口总压及总压恢复系数的变化，研究这些因素对流场的影响。
1．2 燃气发生器的发展现状
1．3 本文的主要工作
为了对燃气发生器流量调节阀阀芯燃气通道的内流场进行较为全面的模拟，本文进行了如下的工作：
（1）设计计算模型，本文采用了结构网格二文NS方程数值模拟。