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再生冷却式液体火箭发动机推力室设计CAD技术研究

作　者: 邓恒
导　师: 鲍福廷
学　校: 西北工业大学
专　业: 航空宇航推进理论与工程
关键词: 液体火箭发动机 再生冷却 推力室 CAD ANSYS 二次开发
分类号: V434
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


液体火箭发动机是大型运载火箭以及空间飞行器的主要动力装置,在军事和民用航天领域都有广泛的应用,发挥着重要的作用。液体火箭发动机具有复杂度高、集成度高、跨学科众多和工况严酷难以仿真等特点,长期以来,存在设计手段相对落后的问题,多采用试验、经验半经验方法来逐步逼近设计目标。这种现状存在的主要问题在于:一方面设计效率很低,无法满足日益灵活的运载需要和适应迅猛发展的技术进步;另一方面,造成设计成本高昂,尤其是大量的发动机试验,耗资巨大。因此,现实迫切需要研究和开发一个专业的、集成度高的设计平台,丰富液体火箭发动机的设计手段,提高设计水平。 本文的主要工作面向液体火箭发动机设计CAD技术,并选择再生冷却式液体火箭发动机推力室设计CAD技术研究作为方向。较系统地分析了再生冷却式液体火箭发动机推力室设计CAD系统的组成和框架,以面向对象技术和集成的大型有限元软件ANSYS二次开发技术为基础建立系统。主要解决了以下几个关键问题: (1) 对再生冷却式液体火箭发动机工作机理进行了详尽研究,对各种设计方法进行了归纳和总结,确定了CAD系统的基本架构、关键技术和实现方法,为进一步研究打下了基础。 (2) 基本实现了一个较为完善的再生冷却式液体火箭发动机推力室初步设计CAD系统,系统能够完成大部分推力室设计相关工作,由数据库支持提供较为全面的设计数据,并集成了比较多样的工程实用设计方法,系统界面友好,交互性强,具有一定应用和发展价值。 (3) 利用ANSYS的参数化设计语言(APDL)和Windows多线程技术,对ANSYS软件进行了二次开发,丰富了系统的设计工具,扩大了用户的选择范围,同时解决了诸如流固耦合传热等经验算法较为难解决的仿真问题,有较大实用价值。 系统采用C++Buider5.0作为主要开发环境,运用面向对象方法合理划分液体火箭发动机推力室各个组/构件,界定各个物理/数据界面。将来的进一步开发可以在这个架构及基本数据结构支持下,通过继续完善和发展、丰富各个相对独立的组/构件模块来实现,并可以通过动态链接技术引入已有的其它成熟模块,扩展系统规模。这就保证了本系统有较强的通用性,扩展性、可维护性。

全文目录


第一章 引言  6-11
  1．1 研究背景、目的及意义  6
  1．2 液体火箭发动机特点及应用  6-8
    1．2．1 液体火箭发动机的特点  6-7
    1．2．2 液体火箭发动机的应用  7-8
  1．3 国内外的研究现状  8-9
  1．4 研究内容及方法  9-11
第二章 系统组成  11-18
  2．1 系统结构和层次  11-12
  2．2 系统工作流程  12-13
  2．3 系统环境参数设置和总体技术参数设定  13-16
    2．3．1 系统环境参数设置  13-14
    2．3．2 总体技术参数设定  14-16
  2．4 主控模块设计  16
  2．5 数据库系统  16-18
第三章 液体火箭发动机推力室设计  18-41
  3．1 概述  18-21
    3．1．1 推力室设计的主要内容  18-19
    3．1．2 推力室主要参数选择  19-21
  3．2 推进剂热力学计算  21-22
  3．3 推力室性能设计  22-28
    3．3．1 概述  22-23
    3．3．2 热力学关系式及喷管理论  23-25
    3．3．3 实际性能修正  25-26
    3．3．4 推力室性能设计模块界面及数据结构  26-28
  3．4 推力室强度设计  28-41
    3．4．1 推力室的受力特点  28
    3．4．2 喷注器顶盖的强度设计  28-36
      3．4．2．1 球形顶盖  28-31
      3．4．2．2 三心顶盖  31-32
      3．4．2．3 锥形顶盖  32-34
      3．4．2．4 顶盖强度计算模块界面及数据结构  34-36
    3．4．3 推力室壳体强度设计  36-41
      3．4．3．1 推力室壳体强度设计模型  36-39
      3．4．3．2 推力室壳体强度设计模块界面及数据结构  39-41
第四章 集成ANSYS软件的FEA分析  41-69
  4．1 概述  41
  4．2 ANSYS软件介绍  41-43
    4．2．1 前处理模块PREP7  42
    4．2．2 求解模块SOLUTION  42-43
    4．2．3 后处理模块POST1和POST26  43
  4．3 本文对ANSYS软件的应用  43-69
    4．3．1 应用中的关键技术  43-46
    4．3．2 ANSYS集成技术  46-51
      4．3．2．1 ANSYS参数化批处理文件  46-48
      4．3．2．2 基于C++BUILDER5.0的多线程技术应用  48-51
    4．3．3 本论文中ANSYS的相关应用  51-69
      4．3．3．1 对顶盖的强度分析  52-55
      4．3．3．2 推力室热防护仿真分析  55-69
第五章 结论  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
附录A  74-80
附录B  80-86
附录C  86-95

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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） > 液体推进剂火箭发动机
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