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固体火箭冲压发动机性能预估方法研究与导弹弹道仿真

作　者: 龚玉元
导　师: 杨涛
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 固体火箭冲压发动机 一体化计算 试验数据处理 燃烧效率 喷管损失 天地换算
分类号: V435.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


以高比冲、高马赫数工作的固体火箭冲压发动机作为新一代导弹的优选动力装置,能大幅提升导弹的总体性能与作战能力。在这样的背景下,冲压发动机的性能估算以及导弹与冲压发动机的一体化研究就显得尤为重要。另外,在固体火箭冲压发动机试验数据处理中,经常要面临天地换算的问题,即由于试验条件和飞行参数的不同如何用地面的试验性能来预估飞行性能的问题,因此,需要建立试验数据对飞行性能影响因素修正关系。为了有效应用实验数据处理结果估算导弹的飞行性能和快速准确获得以冲压发动机为动力的导弹总体初步设计结果,本文探讨了冲压发动机热力计算模型和性能计算模型并完成了空燃比和扩张比的特性计算;以现有发动机实验数据为基础,对固体火箭冲压发动机地面实验数据进行处理,并对该方法进行了验证;综合实验数据处理和热力计算结果,采用“分段”处理的方法对发动机燃烧效率和喷管流量系数分别进行了计算,通过理论性能计算与实验数据处理结果,修正得到了喷管损失。建立发动机喷管损失模型,由此可以较好的完成天地换算工作,并进一步在初步设计中指导冲压发动机的选型与设计。研究了气动工程估算方法并实现了气动估算界面化;搭建了冲压发动机性能估算平台;以某巡航弹的理想平面弹道模型对整个平台进行了验证,并着重讨论了燃烧效率和攻角变化对导弹射程的影响。结果表明该工程估算满足要求,上述方法可以用于常规外形导弹初步设计的过程中。

全文目录


摘要  10-11
ABSTRACT  11-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 研究背景与意义  12-13
  1.2 国内外研究现状与发展趋势  13-20
    1.2.1 冲压发动机与导弹总体技术发展  13-15
    1.2.2 发动机性能估算方法研究进展  15-18
    1.2.3 气动工程估算方法研究概述  18-20
  1.3 本文主要研究内容  20-22
第二章 冲压发动机理论性能分析  22-39
  2.1 热力计算模型  22-31
    2.1.1 基本参数定义  22-23
    2.1.2 燃烧产物平衡组分及温度的求解  23-25
    2.1.3 喷管热力计算  25-30
    2.1.4 凝相处理  30-31
  2.2 理论性能计算模型  31-33
    2.2.1 设计点性能计算  31-32
    2.2.2 非设计点特性计算  32-33
  2.3 理论特性计算结果分析  33-38
    2.3.1 空燃比特性  33-34
    2.3.2 喷管扩张比特性  34-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章 冲压发动机推力修正  39-61
  3.1 发动机试验数据处理  39-46
    3.1.1 数据处理模型  39-44
    3.1.2 数据处理实例  44-46
    3.1.3 实验数据处理界面化  46
  3.2 冲压发动机实际性能估算  46-56
    3.2.1 两相流假设和纯气相假设  47
    3.2.2 燃烧效率与喷管流量系数估算  47-49
    3.2.3 喷管损失估算  49-53
    3.2.4 燃烧效率对发动机性能的影响  53-54
    3.2.5 喷管效率处理实例  54-55
    3.2.6 处理结果讨论  55-56
  3.3 天地换算初步分析  56-60
    3.3.1 地面试验与实际飞行性能的关系  56-59
    3.3.2 计算结果  59-60
  3.4 本章小结  60-61
第四章 导弹气动工程估算  61-69
  4.1 气动估算方法  61-65
    4.1.1 界面实现  61-64
    4.1.2 进气道质量流率计算  64-65
  4.2 实例验证  65-68
    4.2.1 计算条件  65-66
    4.2.2 结果分析  66-68
  4.3 本章小结  68-69
第五章 弹道设计分析  69-86
  5.1 弹道计算模型  69-73
    5.1.1 质心运动方程组  69-72
    5.1.2 联系方程  72
    5.1.3 操纵关系方程  72-73
  5.2 飞行方案设计  73-76
    5.2.1 下滑段飞行方案  74-75
    5.2.2 爬升转平段飞行方案  75
    5.2.3 平飞水平面内方案  75-76
  5.3 弹道计算结果分析  76-82
    5.3.1 计算条件  76-77
    5.3.2 燃烧效率对弹道射程的影响  77-79
    5.3.3 攻角变化对推力的影响  79-80
    5.3.4 平飞高度对弹道的影响  80-81
    5.3.5 发射角对射程的影响  81-82
  5.4 导弹总体初步设计平台  82-85
  5.5 本章小结  85-86
第六章 结束语  86-88
  6.1 结论  86-87
  6.2 展望  87-88
致谢  88-89
参考文献  89-94
作者在学期间取得的学术成果  94

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 推进系统（发动机、推进器） > 固体推进剂火箭发动机 > 原理和计算
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