单兵复合火箭发动机数值模拟与试验研究
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摘要
本文给出了复合火箭发动机的总体设计方案，针对方案的原理样机进行了数值模拟和试验研究，旨在有效抑制单兵火箭发射过程中存在的声、光、焰、烟等弊端，为单兵火箭的“有限空间内发射”提供重要依据和有价值的参考意见。主要内容如下：
1)总体设计方案
在明确研究目标的基础上，给出技术解决方案，实现了多股环形密集液体工质射流环绕单股燃气射流的同轴平行喷射方式，并完成了结构设计方案。
2)数值模拟
分别建立了内弹道工作过程以及非稳态气液两相流场的数理模型。采用给定的初边值条件，对复合火箭发动机工作过程中各参数的变化规律进行了数值分析，为总体设计方案的可行性研究奠定了理论基础。
3)试验研究
完成了复合火箭发动机试验装置的加工及试验平台的搭建。实测得到复合火箭发动机工作过程中的轴向推力曲线，燃烧室、贮液室、混合室的壁面压力曲线，以及气液两相流场的高速摄影照片。通过试验实测数据与数值模拟结果的比较分析，表明本文给出的总体设计方案是可行的。
Conceptual design scheme of compound rocket-engine has been given in this paper. Numerical simulation and experiment research about prototype have been done in order to solve the problems about bad phenomenon such as noises、light、blaze and smoke existing during the blast-off process of individual rocket effectively. This work can present important gist and valuable reference opinions for blast-off of individual rockets in limited space. The main points are as follows:
1) Conceptual design scheme
Based on specific object of research, technique solving scheme has been given. Coaxial and parallel jetting method, just like multiple, annular and serried liquid jets jet around combustion gas jetting flow, has come to be true. Structure design scheme has also been completed.
2) Numerical simulation
Physical and mathematic models for interior ballistics working process and unsteady gas-liquid two-phase flow field have been built. We adopt certain initial and boundary conditions. Numerical analysis about variation law of parameters in the working process of compound rocket-engine have been done. The theoretical basis for availability of conceptual design scheme has been established.
3) Experiment research
The experiment devices of compound rocket-engine have been processed and the test-bed has been built. We have gained the curves about axial thrust, the wall pressure distribution in combustion chamber、reservoir and mixing chamber in the working process of compound rocket-engine and high-speed photography of gas-liquid two-phase flow. By analysing and comparing between simulation results and experiment data, it shows that the conceptual design scheme is feasible.
1)总体设计方案
在明确研究目标的基础上，给出技术解决方案，实现了多股环形密集液体工质射流环绕单股燃气射流的同轴平行喷射方式，并完成了结构设计方案。
2)数值模拟
分别建立了内弹道工作过程以及非稳态气液两相流场的数理模型。采用给定的初边值条件，对复合火箭发动机工作过程中各参数的变化规律进行了数值分析，为总体设计方案的可行性研究奠定了理论基础。
3)试验研究
完成了复合火箭发动机试验装置的加工及试验平台的搭建。实测得到复合火箭发动机工作过程中的轴向推力曲线，燃烧室、贮液室、混合室的壁面压力曲线，以及气液两相流场的高速摄影照片。通过试验实测数据与数值模拟结果的比较分析，表明本文给出的总体设计方案是可行的。
Conceptual design scheme of compound rocket-engine has been given in this paper. Numerical simulation and experiment research about prototype have been done in order to solve the problems about bad phenomenon such as noises、light、blaze and smoke existing during the blast-off process of individual rocket effectively. This work can present important gist and valuable reference opinions for blast-off of individual rockets in limited space. The main points are as follows:
1) Conceptual design scheme
Based on specific object of research, technique solving scheme has been given. Coaxial and parallel jetting method, just like multiple, annular and serried liquid jets jet around combustion gas jetting flow, has come to be true. Structure design scheme has also been completed.
2) Numerical simulation
Physical and mathematic models for interior ballistics working process and unsteady gas-liquid two-phase flow field have been built. We adopt certain initial and boundary conditions. Numerical analysis about variation law of parameters in the working process of compound rocket-engine have been done. The theoretical basis for availability of conceptual design scheme has been established.
3) Experiment research
The experiment devices of compound rocket-engine have been processed and the test-bed has been built. We have gained the curves about axial thrust, the wall pressure distribution in combustion chamber、reservoir and mixing chamber in the working process of compound rocket-engine and high-speed photography of gas-liquid two-phase flow. By analysing and comparing between simulation results and experiment data, it shows that the conceptual design scheme is feasible.
引文
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