《水下固體火箭發動機燃氣射流及推力特性研究》是依託北京理工大學，由李世鵬擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水下固體火箭發動機燃氣射流及推力特性研究
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：李世鵬
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以用於深水高速航行器助推用固體火箭發動機為背景，針對發動機燃氣射流注入水中形成的含有高壓、高速、高密度比、非穩態、湍流等複雜因素的氣、液兩相流過程，通過數值仿真研究複雜流場結構的特點及其對發動機推力和燃燒過程的影響，探索水下推力測試方法。首先，建立水下超音速氣體射流數學模型，結合數值模擬得到的射流流場狀態及形貌結構特點，分析發動機推力與工作水深、燃燒室壓強、噴管擴張比等參數的關係；其次建立推進劑燃燒與水下超音速氣體射流的耦合計算模型，研究排氣反壓對發動機工作過程的影響，分析發動機點火建壓過程中推力爬升和負推力等現象出現的原因；最後開展推力測試方法和數據處理方法研究。研究成果可為水下固體火箭發動機的結構設計和性能預估提供理論依據和技術參考。
結題摘要
針對深水高速航行器助推用固體火箭發動機的實際工作過程中存在的典型氣液非穩態混合兩相流問題，進行了數值仿真和試驗探索兩方面的研究工作。首先，建立了發動機起動過程中尾部燃氣泡的等壓滯止球形氣泡模型和噴管-燃氣泡組合的柱形準一維模型，解釋了水下發動機推力在起動瞬間產生峰值的機理和規律，分析了發動機各參數、工作環境參數的改變對推力變化規律、推力峰值和氣泡內壓強的影響；然後，利用商用計算流體動力學（CFD）軟體平台，建立了二維軸對稱和三維實體模型，利用二維軸對稱模型進行了典型射流結構的計算和分析，以及遠場壓力脈動和噪聲的監測，同時針對有來流的特殊情況進行了仿真分析。利用三維實體模型，建立了水平和豎直兩種方向的氣-水兩相流射流模型，得到了射流流場狀態及形貌結構，根據射流的仿真結果分析了重浮力和相變作用下，不同工作水深、燃燒室壓強、噴管擴張比對發動機推力的影響；其次，建立了鋁顆粒與水反應的推進劑燃燒和水下超音速氣體射流耦合計算模型；針對高速旋轉下推進劑/點火具燃燒特性的變化以及燃燒室內流場變化進行了仿真計算；最後，開展了水下燃氣射流及其相關流場和推力測試方法的研究。以上研究成果對於水下固體火箭發動機的結果設計和性能預估具有重大的意義。
