固体火箭发动机冷气冲击过程数值仿真

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本文以固体火箭发动机冷气冲击过程为对象,建立了二维、三维流场模型以及结构场模型,进行了冷气冲击过程的流固耦合数值仿真,主要工作包括:(1)建立了SRM冷气冲击系统模型,分析了冷流冲击机理,推导出了冷流冲击过程中激波的传播规律。根据固体火箭发动机推进剂药柱的粘弹性特性,得到了药柱线性粘弹性本构方程。介绍了流固耦合数值计算中的数据交换方法,对于SRM冷气冲击过程中由于药柱变形而引起的流场计算域的改变,采用了动网格技术来改变流场网格结构。明确了流固耦合数值计算方法。(2)对SRM冷气冲击过程进行数值仿真,分别建立了一维、二维、三维流场模型,得到了冷气冲击过程中激波的传播规律以及流场特性分布,结果表明三种方法得到的激波特性大致相同。通过数值计算得到的原始激波和反射激波特性与理论解相吻合。发现了激波传播过程中存在声学震荡现象。对比了二维和三维流场计算结果,发现二维流场计算结果的震荡现象更加明显。(3)把推进剂药柱视为粘弹性材料,基于有限元法对推进剂药柱进行结构动力学分析,使用有限元商业软件对药柱进行结构分析,得到药柱的应力应变分布,找到容易发生失效的位置。(4)对SRM冷气冲击过程进行双向流固耦合计算。流场计算得到的压力传递给结构场,结构场得到的位移传递给流场,采用动网格技术来改变流场计算域,得到冲击下的药柱的力学响应。找到了药柱最大变形、应力和应变位置。
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