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固体火箭发动机喷管阻尼数值计算方法及规律研究
固体火箭发动机喷管阻尼数值计算方法及规律研究
随着航空、航天和射击技术的发展，固体火箭发动机在航空航天领域中得到广泛应用。固体火箭发动机的性能直接影响着火箭的飞行轨迹和精度，关键技术之一就是喷管的设计及阻尼系统的评估。因此，研究固体火箭发动机喷管阻尼数值计算方法及规律对提高固体火箭发动机的性能具有重要意义。
1.固体火箭发动机的喷管阻尼
固体火箭喷管中的阻尼是指在发动机工作过程中产生的摩擦损失以及流体含固率等因素所产生的能量损失。喷管阻尼过大会导致火箭飞行姿态不稳定、降低火箭制导精度；喷管阻尼过小会导致火箭加速度过大，从而引起火箭失速，导致整个飞行任务失败。因此，喷管阻尼直接影响火箭的性能。
2.喷管阻尼数值计算方法
目前，喷管阻尼的数值计算主要采用风洞试验和数值模拟两种方法。
2.1风洞试验
风洞试验是一种较为传统的计算喷管阻尼的方法，但是由于其成本高、周期长、难以精准控制试验参数等原因，使得风洞试验在实际应用中受到限制。
2.2数值模拟
数值模拟是一种比较先进的计算方法，它可以通过计算机仿真程序对固体火箭发动机的喷管阻尼进行预测，而且可以准确掌握喷管内的流场变化。数值模拟主要有数值解析法和数值计算法两种。
2.2.1数值解析法
数值解析法主要是解决喷管的流体力学问题。在计算过程中，需要将喷管内的流体分成一个一个的小计算单元，通过一定的数学模型，求解每一个计算单元中的压力、速度、温度等信息，最终得到整个喷管内的流场分布情况。数值解析法虽然准确，但计算量大，并且处理复杂的喷管流场需要更高的计算能力和更多的时间，不适合大规模工程应用。
2.2.2数值计算法
数值计算法主要是利用计算机对喷管内流体、热力、特性等变化过程进行模拟分析，通过计算预测喷管阻尼，其计算精度一般比较高，但计算结果受到计算机精度，以及计算模型等因素的影响，需要通过实验验证。目前使用比较广泛的方法有：有限体积法、有限元法、有限差分法等。
3.喷管阻尼数值计算规律的研究
喷管阻尼数值计算规律的研究主要是通过数值模拟和实验验证来探究喷管阻力产生的物理机制和规律，以及各种因素对喷管阻力的影响，以便为设计喷管提供理论依据。
3.1喷管内壁表面粗糙度的影响
喷管内壁表面粗糙度使得喷管内部流体与壁面之间的摩擦强度增大，摩擦所产生的损耗对喷管阻尼有着明显的影响。
3.2颗粒含量的影响
喷管内流体中颗粒的存在会造成颗粒块居留在喷管内部，影响喷管阻尼的大小。
3.3高压气体径向入口的角度
高压气体径向入口的角度对火箭发动机的阻力也有影响，它能够影响喷管内液体和气体混合的效果，影响喷管阻尼的大小。
4.结论
固体火箭发动机的喷管阻尼涉及流体力学、热力学等多学科的知识，其数值计算方法主要有风洞试验和数值模拟两种，其中数值模拟是现阶段应用比较广泛的方法。喷管阻尼数值计算规律的研究主要是为设计优化喷管提供基础，目前已经研究出了表面粗糙度、颗粒含量、高压气体径向入口角度等因素对喷管阻尼大小的影响，为固体火箭喷管的性能优化提供了理论依据。