PDF《小型旋转固体火箭发动机工作性能研究》

第2 7卷第3期高压物理学报Vol.

27,N o .

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0 1 3年6月CH I N E S EJ OUR NA L O F H I GH P R E S S UR E P HY S I C S J u n e ,

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1 3 文章编号:

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0 0 -

5 7

7 3 (

2 0

1 3 )

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7 9 -

0 6 小型旋转固体火箭发动机工作性能研究 * 杨伟苓, 王在成, 姜春兰, 李明(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室, 北京

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8 1 ) 摘要: 通过建立考虑侵蚀燃烧效应的固体火箭发动机内弹道模型, 计算发动机内弹道压力 时间曲线, 将此压力数据作为初始压力输入值, 利用 F L U E NT 仿真软件对带有平直段的喷管 内的流场进行仿真计算, 确定喷管是否实现超音速流场.最后进行小型旋转固体火箭发动机 静态和动态性能测试, 测试结果表明, 发动机转速达到1

9 0

0 0r / m i n , 满足工作需要. 关键词: 小型旋转固体发动机;

内弹道;

静态测试;

动态测试 中图分类号: T J

0 1 3.

1 文献标识码: A

1 引言图1 径向二次抛撒系统结构 F i g .

1 S t r u c t u r a l d i a g r a mo f r a d i a l t w i c e t h r o w i n gs y s t e m 小型旋转固体火箭发动机具有结构简单、 操作方便、 可靠性 高、 储存期长的优点, 广泛应用于火箭弹弹道修正、 旋转抛撒系统 等[ 1] .径向二次抛撒系统[ 2] 就是利用小型旋转固体发动机作为抛 撒动力装置, 利用旋转发动机提供的旋转动力, 将4枚子弹药径向 抛出, 不仅降低了抛撒过载, 而且实现了子弹药轴向排布、 径向抛 撒, 实现了对子弹药的小体积、 小空间、 大面积抛撒.径向二次抛 撒系统结构如图1所示. 目前常用的火箭发动机喷管是拉瓦尔喷管( 无明显平直段) . 而小型旋转固体火箭发动机喷管尺寸小, 且带有明显的平直段, 采 用理论计算和数值仿真研究其内弹道性能, 通过试验测试使用此 种喷管的小型旋转固体火箭发动机的静态和动态工作性能.

2 固体火箭发动机内弹道模型 假设将燃烧室内部过程的物理参数按整个燃烧室自由容积进行平均, 不考虑压强、 温度和密度沿燃 烧室长度的变化, 计算容积平均压强和平均温度随时间的变化.燃烧室压强随时间的变化可分为3个 阶段: 上升段、 下降段和结束段[

3 ] . 上升段 p c =p e q 1- 1- p i g p e ? è ? ? ? ÷ q

1 - é ? ê ê ù ? ú ú n e - (

1 - n) Γ R Te q V { } e

1 1 - n (

1 ) 工作段 p c (

1 - n) =p e q (

1 - n) - Vc a Γ2 At k C* d p c d e (

2 ) * 收稿日期:

2 0

1 1 -

0 5 -

2 8;

修回日期:

2 0

1 1 -

0 9 -

0 6 作者简介:杨伟苓(

1 9

8 1―) , 男, 博士研究生, 主要从事弹药总体技术研究. E - m a i l : s h a r e w i s h h a p p y @1

2 6. c o m 通讯作者:姜春兰(

1 9

6 2―) , 女, 教授, 主要从事弹药总体技术研究. E - m a i l : j i a n g c h u n w h @b i t . e d u . c n 结束段 p c =p e q

2 Vc f

2 Vc f + k- ( )

1 R Te qAt Γ é ? ê ê ù ? ú ú t

2 k k-1 (

3 ) 推力计算公式 F=p c At Γ

2 k k-1 [ 1- ( p e q p c ) ( k - 1) / k ]+ Ae At ( p e q p c - p a p c { } ) (

4 ) 其中 Γ= k

2 k+ ? è ? ? ? ÷

1 k +

1 2( k - 1) p e q = ρ p C* α KN fλ ( ) L r - r é ? ê ê ù ? ú ú

0 1

1 - n 式中: p c 为燃烧室压强, p e q为平衡压强, p i g为点火压强, e为燃烧层厚度, n 压力指数, Γ 为比热比函数, t为发动机工作时间, Vc 为燃烧室容积, Te q为平衡温度, k 为比热比, At 为喷喉面积, Vc f为装药燃尽瞬 间燃烧室的容积, KN 为面喉比, f( λ L) 反映了加质量流动所形成的压强下降, 使喷管流量减小的影响, r - / r