膏体推进剂火箭发动机多次启动技术研究

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膏体推进剂是一种新型的化学火箭推进剂,同时具有固体推进剂和液体推进剂的优点,既能实现固体推进剂无法实现的推力调节和多次点火,又克服了液体推进剂危险性大、发动机结构复杂等缺点,具有广泛的应用前景。现有的膏体推进剂火箭发动机多次点火技术,再点火时间间隔最多只能达到时间60s,不能满足飞行器待命后再启动的长时间间隔任务要求,这已成为限制膏体推进剂在应用发展中最大的瓶颈。因此,开展膏体推进剂火箭发动机多次启动技术研究,具有很大的现实意义。本文以微小型姿控膏体推进剂火箭发动机多次启动为应用背景,对膏体推进剂火箭发动机多次点火、熄火进行了相关的理论和实验研究。以建立的膏体推进剂燃烧火焰传播和淬熄模型为基础进行了点火和熄火的数值计算,并进行了大量的多次启动模拟实验。在理论分析和实验的基础上,初步完成了膏体火箭发动机多次点火和熄火系统设计。本文的研究成果为膏体推进剂火箭发动机多次启动奠定了理论及实验基础。主要研究内容为:(1)根据热力学理论,就膏体推进剂多次点火和多次熄火进行了机理分析。根据强瞬态传热的特点,建立了等离子条件下的膏体推进剂点火模型,对等离子点火机理、物化过程、点火和火焰传播过程进行了详细的研究。(2)围绕等离子点火的实现,展开膏体火箭发动机多次启动的理论和实验研究。研究了等离子的特性,对采用PWM技术如何得到一种复合等离子的方法展开了研究;结合膏体推进剂火箭发动机的点火需求,对点火系统展开研究;根据点火流程,对点火系统的模糊控制、电源实现展开详细的分析;通过应用等离子技术,对膏体推进剂点火能力、初次和多次点火进行了实验,并利用等离子对膏体推进剂火箭发动机点火实验,验证了应用等离子实现多次点火的可行性。(3)研究了火焰在细小通道中热传播、淬熄机理,提出了膏体推进剂在细小管道中火焰传播和淬熄的两段模型;研究了多次熄火系统结构,就关键部分、元件进行了重点阐述;分别对火焰在细小管道传播、淬熄时,传播距离对燃烧速度影响、不同通道尺寸和不同压力对火焰传播影响进行了数值仿真分析;对多种状况的大平板和细圆管分别进行强化冷却淬熄实验,得到了预期的熄火效果。通过本文对膏体推进剂火箭发动机多次点火和多次熄火系统研究,从理论和实验上得到了膏体推进剂火箭发动机多次启动的可行性。本文研究工作对膏体推进剂火箭发动机设计具一定的指导意义,为膏体推进剂火箭发动机从理论研究走向应用提供了参考依据。
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