固体燃料冲压发动机(SFRJ)是一种新型的动力装置,其最佳工作马赫数为2-4,与炮弹主动段飞行马赫数接近,可用于炮弹增程。SFRJ增程炮弹将冲压发动机技术与炮弹增程技术有机结合在一起,具有结构简单,比冲高,增程效果好等诸多优点,具有广阔的应用前景。 本文研究的主要目标是分析炮弹结构与发动机参数对射程的影响,探索增大射程的方法和实现途径,从而为SFRJ增程炮弹的设计提供理论依据与指导。本文综合运用数学建模、数值仿真以及实验研究等方法,对炮弹结构、飞行弹道和发动机内流场进行了研究。结合工程实际情况,对计算结果加以优化,分析了影响炮弹射程的若干因素,总结出增大射程的方法。 本文针对SFRJ炮弹弹道特点,假设主动段推力等于阻力,建立了三自由度伪真空弹道模型。在空气阻力与发动机性能计算的基础上,分析了弹体结构以及装药几何参数的变化对射程的影响,进行增程炮弹设计。 本文基于简单反应的阿累尼乌斯公式和漩涡破碎模型,建立了SFRJ发动机的湍流燃烧模型。在该模型下对某实验发动机进行了二维数值模拟,研究了发动机的燃烧效率、燃面后退速率以及燃烧产物分布规律,结果与国外实验数据以及变化规律相符。计算结果可供增程炮弹用SFRJ发动机设计参考。 本文还完成了SFRJ实验发动机设计,提出了实验方案与数据处理方法。 通过计算与分析,得出以下结论:1.弹体长细比增加,阻力减小,燃速增加,有利于增大射程。2.发射角度的改变对飞行高度的影响较大,但对射程的影响不大。3.SFRJ发动机燃速较低,易发生不充分燃烧现象,应设法提高燃速,进而增大射程。 本文的研究为SFRJ炮弹设计与实验提供一定的理论指导,研究结果不仅用于增程炮弹,并对使用SFRJ为动力的导弹也有参考价值。