点火具能量释放过程数值仿真及点火可靠性分析

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小型固体火箭发动机尾部空间点火系统点火瞬态时间极短又复杂多变,受点火药种类、质量以及尾部点火系统几何结构影响严重。在某一类小型固体火箭发动机的尾部空间点火系统隔离式点火工程项目的背景下,由于点火系统中的点火器与小型固体火箭发动机推进剂底部的点火药盒的间距式排布结构,与传统的头部点火或者喷管壁面点火相比,点火扰动项增多,导致点火异常现象时有发生。因此针对其战术应用背景下的特殊结构,深入地分析探讨扰动因子的影响规律,有助于避免此类小型固体火箭发动机由于点火造成的故障,从而提高相应小型固体火箭发动机的工作稳定性。本论文数值仿真了某小型固体火箭发动机的尾部空间点火系统中点火器喷口燃气射流过程及对小型固体火箭发动机推进剂装药底部的点火药盒温度响应的影响。主要工作有以下几个方面:1.根据小型固体火箭发动机尾部空间点火系统经典内弹道基本原理,采用集总参数法给出了点火系统中的点火器在不同点火药质量下的能量释放规律,指明点火器输出压力与燃气质量流率之间的比例关系,为特定点火系统内点火器喷口射流燃气流动动力学数值仿真提供了初边值条件;2.针对某小型固体火箭发动机尾部空间点火系统,建立起三维瞬态射流传热计算模型,设计划分了高质量的结构化网格,并在壁面及出入口位置加密了网格,以捕捉更加生动的流场细节,以可压缩、κ-ε两方程标准化湍流模型为基础,同时考虑辐射传热的效应,构建起描述点火具内燃气流场的数学物理模型;3.利用Fluent软件平台,基于UDF二次开发接口技术,将点火器压力曲线实时导入燃气流场入口,探究讨论了小型固体火箭发动机尾部空间点火系统内,台阶式圆柱体射流通道下收缩通道轴向尺寸分别为18mm、23mm、28mm所对应的流场分布,分析不同点火系统几何结构对点火能量释放规律及点火药盒温度响应的影响,同时基于欧拉-拉格朗日颗粒分布模型,比对了颗粒相与纯气相燃气射流对点火药盒温度响应的影响,可为相关工程项目点火系统的研制提供参考。
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