脉冲推冲器的设计及性能测试

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脉冲推冲器由于其结构简单、瞬间能够产生较大推力等优点,越来越广泛的应用在航天、军事等方面。根据文献调研和固体火箭发动机工作原理,本文设计了一种作用时间较短、推力较大的脉冲推冲器,并设计了不同喷喉直径以及不同喷嘴数目的喷管,来验证其对脉冲推冲器推力输出的影响。脉冲推冲器的主装药对脉冲推冲器的性能有着重要的影响,为了设计合适的主装药,选取了高氯酸铵、黑索今作氧化剂,铝粉作还原剂,硝化棉作粘结剂的不同配比的六个配方,并对各个配方的爆热、爆温、比容以及火药力进行了理论计算。其中含有黑索今的三个配方用作脉冲推冲器的主装药时容易炸毁装药室,因此不适合作主装药。利用密闭爆发器对剩余的三个配方以及包含多45火药在内的六种常规火药进行测试,通过分析p-t曲线,认为多45火药和配方三作用时间较快,而且能够产生较多的气体,可以作为脉冲推冲器的主装药。利用所建立的测试平台对不同的主装药、不同装药量、不同的喷喉直径以及不同的喷嘴数目分别进行测试。测试结果表明:所设计的配方三比多45火药比冲大很多,能够产生更大的推力;随着装药量的增加,推力明显的增大;随着喷喉直径的减小,推力越来越大;较多的喷嘴降低了推力,延长了作用时间,增加了总冲。两个脉冲推冲器一起作用,采用BK点火药时,与采用黑火药相比,其点火一致性得到了很大的提高。利用FLUENT对单喷嘴和多喷嘴脉冲推冲器进行数值计算,得到了脉冲推冲器内部燃气的马赫数分布和压强分布,计算得到推力,并与实测结果进行了比较。
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