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固体火箭脉冲发动机内流场特性数值研究
摘要
固体火箭脉冲发动机是一种重要的航空航天发动机，其燃烧产物在瞬间喷出，提供强大的推力。本文针对固体火箭脉冲发动机内流场特性进行了数值模拟研究。首先，本文对脉冲发动机的结构进行了描述，并介绍了流场数值模拟方法。然后，通过数值模拟得到了固体火箭脉冲发动机的燃烧室内部流场和喷管内部流场的速度、压力和温度分布。最后，分析了不同条件下固体火箭脉冲发动机内流场的特性变化。研究结果表明，随着燃烧室压力的增大，脉冲发动机内流场中速度和压力均得到了增大，而温度则有所降低。
关键词：固体火箭脉冲发动机；内流场特性；数值模拟
Abstract
Solidrocketpulseenginesareimportantaerospaceengines,andtheircombustionproductsareejectedinstantly,providingpowerfulthrust.Thispaperfocusesonthenumericalsimulationoftheinternalflowcharacteristicsofsolidrocketpulseengines.First,thispaperdescribesthestructureofthepulseengineandintroducesthenumericalsimulationmethodoftheflowfield.Then,bynumericalsimulation,thevelocity,pressure,andtemperaturedistributionoftheinternalflowfieldofthecombustionchamberandnozzleofthesolidrocketpulseenginewereobtained.Finally,thechangesintheinternalflowcharacteristicsofthesolidrocketpulseengineunderdifferentconditionswereanalyzed.Theresearchresultsshowthatwiththeincreaseofcombustionchamberpressure,thevelocityandpressureintheinternalflowfieldofthepulseenginebothincrease,whilethetemperaturedecreases.
Keywords:solidrocketpulseengine;internalflowcharacteristics;numericalsimulation
1.引言
固体火箭脉冲发动机是一种采用固体燃料驱动的航空航天发动机，其最大的特点是燃烧产物在极短时间内迅速喷出，提供强大的推力。与传统的液体燃料火箭发动机相比，固体火箭脉冲发动机具有体积小、重量轻、设计周期短等优点，在发射载荷、导弹等领域得到广泛应用。
固体火箭脉冲发动机的内流场特性对其燃烧效率和推力性能有着重要影响，因此研究固体火箭脉冲发动机内流场特性，对于提高其燃烧效率和推力性能具有重要意义。数值模拟方法是研究固体火箭脉冲发动机内流场特性的有效手段之一，其能够通过建立数学模型、分析数学方程，计算固体火箭脉冲发动机燃烧室和喷管内部的流动场变量，得到与实验相符合的定量结果。
本文针对固体火箭脉冲发动机内流场特性进行了数值模拟研究。首先，本文对脉冲发动机的结构进行了描述，并介绍了流场数值模拟方法。然后，通过数值模拟得到了固体火箭脉冲发动机的燃烧室内部流场和喷管内部流场的速度、压力和温度分布。最后，分析了不同条件下固体火箭脉冲发动机内流场的特性变化。
2.固体火箭脉冲发动机结构和流场模拟方法
固体火箭脉冲发动机由燃烧室和喷管两部分组成，燃烧室主要包括燃料、氧化剂和点火装置，燃料和氧化剂分别储存在燃烧室两侧的预供箱内，在点火后，通过点火装置将燃料和氧化剂混合燃烧，产生大量的燃烧产物，并将其向喷管内喷出，产生推力。喷管是将高速、高温气流转化为高速喷气流的部分，它通常由导管、收缩段和扩张段三部分组成。
流场模拟方法是通过建立数学模型来解析燃烧室和喷管内部流动场的变量，主要包括连续性方程、动量方程、能量方程和状态方程等。在本文中，采用计算流体力学（CFD）方法，使用Fluent软件进行数值模拟。其中，燃烧室内部流场采用压缩非稳态三维Navier-Stokes方程组求解，喷管内部流场采用非稳态雷诺平均Navier-Stokes方程组求解。同时，在构建模型时，考虑了燃烧产物的化学反应和物理过程，采用k-ω-SST湍流模型、IMEX一阶隐式算法和差分格式等数值计算方法。
3.数值模拟结果和分析
通