[发明专利]一种水下发动机喷管摆动高速射流特性的分析方法

说明书

本发明公开了一种水下发动机喷管摆动高速射流特性的分析方法，通过建立水下固体火箭发动机喷管的几何模型，建立流体计算域，对两流体计算域交界面进行几何优化，在计算域之间设置interface进行数据传递，实现对喷管摆动工况的模拟，分块对流域进行网格划分，并进行网格无关性验证，得到最优网格数；将得到的最终网格文件导入到FLUENT求解器中，对边界条件、采用的计算模型、计算方法进行设置，求解；通过对数值计算结果进行数值仿真分析及后处理，准确模拟分析火箭发动机喷管摆动高速射流流动特性，有助于揭示喷管摆动高速射流流动规律及机理，为水下有动力导弹发射的发动机喷管结构设计提供理论基础，并解决水下有动力导弹发射实际工程应用问题。

技术领域

本发明属于流体机械工程领域，涉及一种水下固体火箭发动机喷管摆动高速射流流场结构和推力特性分析方法，尤其涉及基于CFD软件二次开发的一种水下固体火箭发动机喷管摆动高速射流流场结构和推力特性分析方法。

背景技术

潜射导弹的发射可以分为无动力和有动力发射。采用有动力导弹发射技术可以对潜射导弹弹体实现主动控制，能使其战斗力得到极大提升，而固体火箭发动机作为水下推进技术最为简便的动力源，目前是各类打击型潜射武器的首选动力。

固体火箭发动机在水下工作过程中高密度比、高背压，以及气-液之间的复杂相互作用，使发动机处于与大气环境发射完全不同的工作状态。对水下超声速气体射流的射流过程、流场结构与流场特征变化、推力变化规律与变化机理等进行深入研究，对于水中超音速气体射流研究有着重要的学术意义。同时，为了使导弹在水下航行时能够调整飞行姿态，获得更加灵活的机动性能，推力矢量控制装置必不可少，其中摆动喷管作为一种高效率的推力矢量控制方式得到了广泛应用，而喷管的摆动也将极大的增加喷管水下高速射流的复杂程度。目前，针对水下喷管摆动高速射流的外流场结构和推力特性还没有比较准确的分析手段和数值计算方法，有必要研究一种能够准确模拟喷管摆动高速射流流动特性的数值计算方法，了解发动机水下工作时水环境与燃气之间的相互作用原理、掌握扩张比及水深对发动机工作特性的影响，从而为合理预估推力值与噪声等发动机工作特性提供理论基础。

发明内容

针对上述问题和难点，本发明公开的水下固体火箭发动机喷管摆动高速射流流动特性分析方法要解决的技术问题是：准确模拟分析火箭发动机喷管摆动高速射流流动特性，有助于示喷管摆动高速射流流动规律及机理，为水下有动力导弹发射的发动机喷管结构设计提供理论基础，并能够解决水下有动力导弹发射实际工程应用问题。

所述的水下喷管摆动高速射流实际应用工程问题包括水下固体火箭发动机喷管摆动高速射流的流场结构分析问题、推力特性分析问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种水下发动机喷管摆动高速射流特性的分析方法，通过建立水下固体火箭发动机喷管的几何模型，对水下固体火箭发动机喷管几何模型建立流体计算域，并对动计算域与静计算域交界面进行几何优化，在计算域之间设置interface进行数据传递，实现对喷管摆动工况的模拟，分块对流域进行网格划分，并进行网格无关性验证，得到最优网格数。将得到的最终网格文件导入到FLUENT求解器中，对边界条件、采用的计算模型、计算方法进行设置，求解。通过对数值计算结果进行后处理，得到水下固体火箭发动机喷管摆动高速射流的气体体积分数云图、速度云图、压力云图、涡量图以及喷管的推力随时间变化的曲线图，能够准确模拟分析火箭发动机喷管摆动高速射流流动特性，有助于揭示喷管摆动高速射流流动规律及机理，为水下有动力导弹发射的发动机喷管结构设计提供理论基础，并能够解决水下有动力导弹发射实际工程应用问题。

本发明公开的一种水下发动机喷管摆动高速射流特性的分析方法，包括如下步骤：

步骤一：建立几何模型。

以回转体结构的水下固体火箭发动机喷管为研究对象，确定回转体的几何参数，采用建模软件进行几何建模。

所述的建模软件选用ICEM CFD软件的几何构建功能。