多場耦合下推力向量系統(tǒng)動力學(xué)分析與研究.pdf

1、固體火箭發(fā)動機(jī)是利用反作用來提供推力的一種裝置，它工作的原理是通過點(diǎn)燃自身攜帶的能源與工質(zhì)，給發(fā)動機(jī)巨大的前進(jìn)推力。噴管是固體火箭發(fā)動機(jī)非常重要的部件之一，它的功能是為固體火箭發(fā)動機(jī)通過燃?xì)馓峁┛煽剌S向和側(cè)向飛行推力，以保證飛行器穩(wěn)定性、按規(guī)定彈道飛行或作必要機(jī)動飛行。因此，噴管的性能直接決定著發(fā)動機(jī)工作水平的高低及其壽命的長短。由于在工作過程中燃料產(chǎn)生強(qiáng)大的熱流，對噴管及其內(nèi)壁面發(fā)生了一定的燒蝕和沖刷，構(gòu)件在工作時自身也存在著力的作用

2、，因此研究噴管工作時的熱效應(yīng)以及由此產(chǎn)生的流-固-熱耦合場分析已然成為保證噴管正常工作必須考慮的要素。
　　本課題基于航天六院的某型號固體火箭發(fā)動機(jī)的設(shè)計參數(shù)，利用三維制圖軟件Solidworkes，初步建立了軸對稱推力矢量噴管的三維幾何模型，計算分析了關(guān)鍵部件的運(yùn)動情況，介紹了耦合場理論，數(shù)值分析各個場的耦合過程。同時，利用大型有限元分析軟件Ansysworkebench分析研究了固體火箭發(fā)動機(jī)軸對稱矢量噴管的流-固-熱三場的耦

3、合情況。分析計算結(jié)果表明，固體火箭發(fā)動機(jī)噴管的動態(tài)性能良好，結(jié)構(gòu)合理，為機(jī)械類固體火箭發(fā)動機(jī)全軸擺動TVC系統(tǒng)未來型號的研制奠定了基礎(chǔ)。課題主要研究內(nèi)容如下：
　　基于航天六院的某型號固體火箭發(fā)動機(jī)的設(shè)計參數(shù)，利用三維制圖軟件Solidworkes，初步建立了軸對稱推力矢量噴管的三維幾何模型；分析了發(fā)動機(jī)噴管裝置的整體運(yùn)動情況，同時對關(guān)鍵零部件收斂調(diào)節(jié)片、擴(kuò)張調(diào)節(jié)片、密封片及控制環(huán)的運(yùn)動情況進(jìn)行了詳細(xì)的闡述；針對流、固、熱三場的基

4、本控制方程和流-固-熱三場的耦合理論，進(jìn)行了流-固傳熱數(shù)值分析、流-固應(yīng)變耦合數(shù)值分析、流-固-熱耦合數(shù)值分析，為下一章的有限元分析提供數(shù)值依據(jù)。
　　利用大型有限元分析軟件Ansysworkebench對噴管軸對稱模型進(jìn)行流場分析，得到壓力場和溫度場的瞬態(tài)分布規(guī)律。以流場分析的溫度結(jié)果作為外界載荷加載到溫度場得到三場耦合分析的溫度邊界條件，以分析的壓力結(jié)果作為外壓力加載到構(gòu)件上得到三場耦合分析的力的邊界條件，這樣就可以在給定邊界