作为固冲发动机的重要部件,燃气发生器的技术是随着固冲发动机的发展而进步的。冲压发动机包括亚燃和超燃两种。前者马赫数在1.5到5.0之间,后者工作马赫数达到了5.0以上。国外现阶段在研制中远程以及高超声速巡航导弹等飞行器时,动力装置均选择了冲压发动机。高超声速飞行器是各个国家正在加速研究和试验的热点。而这种飞行器最理想的推进装置就是超燃冲压发动机。22689
1981年到1987年,德国采用整体式固冲发动机的ANS预研型号导弹由MBB公司研制成功,其燃气流量可调,燃料调节比达到1比4.5,流量调节机构采用了滑环阀。目前,型号A3M也采用流量调节阀对燃气发生器的流量进行调节,其工作马赫数达到3。1995-1999年,德国进行了一系列的关于中远程空空导弹的研究,研究的主要内容就是壅塞固冲发动机技术。这此之后德国马上又与英、瑞、西、意、法五国合作研发具有流量调节能力的“流星”导弹。本文将要研究的壅塞式燃气发生器,其所应用的流量调节阀就是图1.1所示 “流星”导弹上使用的。论文网
图 1.1 “流星”导弹的燃气调节盘阀
俄罗斯的首枚以固冲发动机为推进器的导弹——著名的SAM-6,其燃气发生器的流量是固定的。到了1995年,俄罗斯也开始研究流量控制技术,并在A-X12RVV-AE-P导弹中采用了该技术。
我国对固冲发动机及其燃气发生器的研究也在稳步推进。航天工业总公司的31所承担着固冲发动机的研究任务,并成功研制出了某型号配置整体式固冲发动机的导弹。该型号导弹的壅塞式燃气发生器并不具备流量调节技术,因此其性能受到了限制。自1995年起,中国人民解放军国防科大与中国空空导弹研究院对非壅塞式固冲发动机展开了研究,这是另一种流量条件方式。此外,中国航天科技四院、北京航空航天大学等单位也对固冲发动机及流量调节等技术展开了研究[20]。
可见,先进的动力装置无一例外地选择了流量可调的燃气发生器。在燃气发生器工作过程中,由于喷管的烧蚀,使得喉部面积不能保持恒定,因此流量调节技术在燃气发生器中十分重要。因此对此类发生器技术及装置内流场的研究十分有必要。目前,对燃气发生器的研究主要集中在对流量调节方法和结构的仿真、对控制规律和燃料燃烧规律的研究、对补燃室性能的探究等。本文所研究的燃气发生器就是壅塞式流量可调的燃气发生器。
在燃气发生器发展的同时,数值模拟计算在飞速地发展。从1953年数值模拟技术诞生以来,它所能解决的问题已从最初的一文单相问题发展到复杂的三文非定常多相流动。在计算机能力的发展和越来越多算法开发的今天,CFD( )广泛地被研究人员应用于流动研究对象仿真研究,得到一些实验中不易观察的现象或不易收集的数据。数值模拟的实质是数值离散。其一般步骤是,首先建立物理模型,在模型上划分网格并对模型问题进行离散;第二,编制程序,进行计算;最后进行后处理,将计算结果以图表等形式表现出来。Tecplot是一款十分便捷且功能较全的后处理软件,本文的后处理基本依靠将数据输出为.PLT文件来直观地显示压力、马赫数等的云图。
在现有壅塞式燃气发生器相关研究成果与文献中,对燃气通道内流场的数值模拟研究比较少,而且相关研究多集中在流量调节的动态特性研究、机构设计方面。因而,本文将对燃气发生器(壅塞式)流量调节阀阀芯燃气通道的内流场进行一个多方位的模拟与分析,来填补这个空白。
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