加速度场下复合推进剂燃烧的研究

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固体火箭发动机在加速度场下工作时会产生一些其它的效应,该文研究了最主要的效应,即推进剂燃速增高效应.第二章中总结了前人的实验结果.在三、四、五章,该文利用BDP燃速模型加以该进,对加速度场下推进剂的稳态燃速进行了计算.模型中认为燃速增高是由两部分的铝粒子的放热增加了热反馈造成的.一部分是由于加速度的作用使部分粒子停留在燃面,另一部分来自对面燃面的铝粒子,它们在加速度的作用下有一些撞击在这一边的燃面上.第二部分铝粒子的行为需用到两相流的计算.在两相流的计算中,采用的是Eulerian-Lagrangian法.对于气相采用Eulerian方法描述,用NND的矢通量分裂格式离散.粒子相采用Lagrangian法,通过对动量方程的积分求其轨迹.两相间通过动量及热通量加以耦合.利用这个改进的BDP燃速模型和粒子轨迹的计算,计算了二维燃烧室、单一方向加速度,各因素发生改变的情况下的燃速增高量,并作了简要的分析,主要结论是:1)加速度对燃烧室的气体流动影响很小,一般可忽略.2)第一部分的粒子(加速度的作用停留在燃面的这部分粒子)的行为是造成燃速增高的主要原因.第二部分的粒子对燃速的影响要小的多.这主要是来自对燃面而又能撞倒这边燃面的粒子太少.当加速度非常高时(如大于200g时),第二部分的粒子对燃速的影响也会很明显.3)此模型只适用于含铝复合推进剂.这是由于不含铝复合推进剂燃速增高的机理是不同于含铝复合推进剂燃速增高的机理造成的.4)当加速度方向不垂直于燃面时,燃速增量会急剧的下降,这是因为切向方向的加速度会使停留在燃面的粒子沿着燃面滑移,减少了停留在燃面的粒子.并不是切向加速度对流场中粒子的轨迹影响造成燃速增量急剧的下降.5)使用大长径比燃烧室的发动机其燃速增量会更高.第六、七章中分别计算了旋转加速度场(药片装药发动机、柱菜装药发动机、锥-柱装药发动机)和机动过载加速度场下(柱形装药发动机)燃速增高对内弹道的影响.主要结论是:1)对于旋转加速度场,燃速增高是造成内弹道改变的主要原因.2)机动过载产生的加速度场,对柱形装药发动机会使其局部燃速增加,对其内弹道的影响并不大,但要注意绝热层的提前暴露在高温燃气下面造成的烧蚀.
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