fluent壅塞式燃气流量调节器结构设计及流动分析(2)

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8.1 端盖强度校核 33

8.2 基座强度校核 33

结论 34

致谢 36

参考文献 37

1. 引言

随着军事科技的进步，快速精确打击的重要性越来越突出，导弹无疑是未来战争中最重要的武器之一。随着反导系统的快速发展，现代战争对导弹的要求也越来越高。新一代导弹必须具备高强度的机动性，超声速巡航能力和远距离飞行能力。这些性能实现与否和导弹发动机的选择息息相关。壅塞式固体火箭冲压发动机是一种新型的性能优良的冲压发动机，具有比冲高、可实现全程动力飞行等优点，有利于提高导弹的射程、机动性、突防能力和生存能力[1]。壅塞式固体火箭冲压发动机的优点：

1. 相对液体火箭发动机，壅塞式固体火箭冲压发动机结构更简单，可靠性好[2]。且维护方便，反应时间更短。

2. 相对固体火箭发动机，壅塞式固体火箭冲压发动机可以实现燃气流量的调节，且其推进剂为高度富燃推进剂，燃烧产物会与空气进行二次燃烧，可以释放更多的能量[3]。

3. 相对于非壅塞式固体冲压发动机，壅塞式可以根据导弹所处环境主动改变燃气发生器的质量流率，使发动机效率最高。使导弹的机动性更强，飞行范围更大。

固体火箭冲压发动机有两种方式进行流量调节，分别是非壅塞式和壅塞式。非壅塞式流量调节是利用压力指数非常高的推进剂来根据补燃室的实际压强自动改变燃烧速率[4]。这种调节对推进剂的依赖性很高，推进剂压力指数越高其调节能力越强，而压力指数越高的推进剂化学性质越活泼，在生产和装填的过程容易发生爆炸，使用起来有较大的安全隐患，并且这种调节是被动调节，在飞行高度不变时是无法改变推力的，所以本文选择了壅塞式燃气流量调节技术进行研究。

壅塞式燃气流量调节器功能原理如图1.1所示。典型的续航推进剂一般是圆柱端面燃烧布局[5]，且推进剂的压力指数较高，气体发生器的燃气流量由一个阀门控制。当阀门开度增大时燃气发生器的工作压强降低，根据指数燃烧定律，燃气的产生速率也会降低，反之燃气发生器工作压强升高，燃气产生速率增大。采用燃气壅塞式流量调节阀的固体火箭冲压发动机可以实现燃气流量的完全调节，实现发动机推力的主动控制。并且能使发动机性能参数基本上不随高度变化，从而使发动机性能在整个飞行过程中达到最优[6]。

气体发生器的控制原理

图 1.1气体发生器的控制原理

2. 国内外研究现状及应用前景

2.1 壅塞式燃气流量调节技术在欧洲的发展

2.2 壅塞式燃气流量调节技术在美国的发展

2.3 壅塞式燃气流量调节技术在中国的发展

2.4 壅塞式燃气流量调节技术应用前景

3. 壅塞式燃气流量调节阀总体方案选择

3.1 常见的壅塞式燃气流量调节阀方案

目前壅常见的塞式燃气流量调节器有圆柱滑阀、转轴阀、滑盘阀、旋转凸轮阀、锥体阀和旋转盘阀[7]。其中“流星”导弹使用的是滑盘阀[5]。

3.1.1 圆柱滑阀

圆柱滑阀的工作原理是利用一个柱塞插入燃气通道中，使通道的流通面积减小，通过控制柱塞的插入深度来控制通道的面积。这种控制阀结构简单，容易控制，易于加工。但是调节精度比较差，且这种阀体对空间有一定的要求，圆柱部分对流场分布会产生较大的影响。此外圆柱部与燃气的相对速度较大，燃气对圆柱部的烧蚀问题会比较突出，所以对柱塞阀的材料要求较高。另外如果推进剂的燃烧效率不高的话会产生较多的沉积物。这种阀可以通过增加柱塞的数量来实现精确调节，但是改进后的阀需要更复杂的控制系统进行控制，同时也提高了加工精度的要求。这种阀体适用于大口径导弹，目前已经有了实际应用，美国的“丛林狼”靶弹的流量控制阀采用的就是这种阀体。