沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕熱層傳熱燒蝕特性研究.pdf

1、固體沖壓發(fā)動機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、比沖較高、工作可靠，具有廣闊的應(yīng)用前景。在固沖發(fā)動機工作過程中，補燃室內(nèi)要進行富燃燃氣的二次燃燒，所以補燃室內(nèi)壁處于大量高溫高壓燃氣的包圍之中，燃氣和室壁之間存在著十分強烈的熱量傳遞，同時沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)又處于富氧狀態(tài)。由于高能推進劑和高強度材料被廣泛采用，熱強度問題也由于傳熱量的增加和殼體的減薄而變得更加的突出。若熱防護技術(shù)不過關(guān)，將導(dǎo)致發(fā)動機補燃室燒穿而失敗，必須給予高度的重視，并加以重點解決

2、。因此，開展固體沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕熱層傳熱燒蝕特性研究，就顯得非常有意義。本文以某沖壓增程彈沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕熱層為研究對象，采用數(shù)值模擬與試驗相結(jié)合的手段，對沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕熱層的傳熱與燒蝕特性進行了研究。主要研究內(nèi)容為：
　　 (1)建立了沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)純氣相帶化學(xué)反應(yīng)流場的物理模型，采用含k-ε雙方程模型的湍流時均方程組，給定方程組的邊界條件，對補燃室內(nèi)化學(xué)反應(yīng)流場進行了數(shù)值模擬，給出了補燃室內(nèi)燃氣參數(shù)值，如溫

3、度、速度、壓力等，根據(jù)燃氣參數(shù)并進一步計算出了燃氣與壁面之間的換熱系數(shù)，為后續(xù)沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)傳熱燒蝕計算提供準確的熱載荷邊界條件。
　　 (2)建立了沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕熱層傳熱燒蝕物理模型，提出了針對該模型的計算處理方法和定解條件，研究了絕熱層材料內(nèi)部具有熱解反應(yīng)的傳熱特性與富氧燃氣環(huán)境下含熱化學(xué)反應(yīng)和氣流剝蝕得絕熱層材料燒蝕特性。通過數(shù)值計算，得到了沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕熱層溫度分布以及燒蝕率。
　　 (3)對絕熱

4、層材料進行了熱重分析試驗、燃氣發(fā)生器試驗和沖壓聯(lián)管試驗，分析得到了絕熱層材料在沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)的傳熱燒蝕機理，測試了不同燃氣參數(shù)對絕熱層傳熱燒蝕的影響。并提出低導(dǎo)熱系數(shù)材料的背面溫度的測試方法和修正方法，在試驗過程中對絕熱層的背面溫度進行了測量，對試驗后的絕熱層進行燒蝕量的測量，對燒蝕后的試樣做掃描電鏡微觀分析和元素成分分析，為絕熱層的傳熱燒蝕模型的建立、計算及驗證提供試驗數(shù)據(jù)。
　　 通過本文研究，建立了沖壓發(fā)動機補燃室內(nèi)絕