理想的单级入轨火箭发动机要求具有高比冲、高质量比、高效率的特点,采用高度补偿喷管是提高发动机推力的最有效的手段之一。相较于固定扩张比的传统固体火箭发动机喷管,柔性变结构喷管可以通过喷管结构的智能连续调节和控制,即喷管随着外界环境压力的变化延伸段连续的延伸或收拢,使其在任何高度下均能完全膨胀。柔性变结构喷管始终在相应的最佳状态下工作,满足了宽空域、多弹道的飞行需求。由于柔性变结构喷管延伸段采用的是橡胶等弹性材料,超声速燃气流与柔性结构壁面相互作用,会使喷管型面产生一定尺度的变形,影响柔性变结构喷管性能优势的发挥。因此开展柔性型面变形尺度对喷管效能的影响分析,对实现智能固体火箭发动机性能自适应调节具有重要意义。本文围绕柔性变结构喷管型面尺度变化对喷管性能的影响开展研究,通过型面结构参数化分析和流场结构响应分析,获得型面尺度变形对柔性变结构喷管性能的影响和效能提升能力的关联关系。主要研究内容如下:(1)基于合理的柔性段型面变形尺度和形状的假设,建立二维柔性变结构锥型喷管模型,通过数值仿真分析了柔性变结构喷管内流场结构变化对流动损失的影响规律,假了喷管柔性结构变形尺度,即喷管柔性结构变形形状为圆弧状,变形尺度为圆弧弦高与喉口直径之比。预估柔性结构型面变形尺度范围小于0.05,为后续柔性结构材料的匹配奠定理论基础。(2)建立三维柔性变结构锥型喷管模型,研究了双向流固耦合作用下,飞行高度、柔性材料的弹性模量和柔性段约束方式对喷管柔性段结构变形尺度的影响,并进一步分析了喷管性能的变化规律。发现飞行高度对喷管效能的影响最为明显,随着飞行高度的增加,喷管型面变形尺度逐渐增大,导致喷管流动损失增大。在满足柔性变结构喷管性能和效能提升的前提下,选择弹性模量大于10 MPa的线弹性材料作为喷管柔性结构的材料,考虑结构应力分布给出了最佳的柔性段约束方式,即喷管延伸段采用两段式约束方式。基于柔性变结构喷管性能的参数化研究,为柔性结构变形与气动力耦合研究提供了理论基础,对后续的柔性变结构喷管结构及材料相关的设计具有一定帮助。