文档介绍：西北工业大学
硕士学位论文
固体火箭发动机燃气舵热分析研究
姓名:董晓芳
申请学位级别:硕士
专业:一般力学与力学基础
指导教师:张劲夫
20050301
西北工业大学硕士学位论文摘要
摘要
本文对固体火箭发动机燃气舵的工作环境进行了系统的研究,计算了燃气舵
的流场环境、内部应力场以及热烧蚀情况。
文中根据某型号固体火箭发动机燃气舵的实际工作情况,建立精确的几何模
型,并根据其工作环境对计算模型进行了一定的简化。分别计算了在六种工况下,
燃气舵周围三维流场的特性参数以及燃气舵表面的三维温度场分布燃气舵在流
场受到的各方向压力和粘性力在此基础上计算了燃气舵内部热应力以及总合
力最后研究了燃气舵在工作时的体积烧蚀情况。
本文的研究表明燃气舵内部的温度场和热应力场的分布受舵面温度影响较
大,而燃气舵的表面温度分布、受力情况以及附近流场的流动参数又和流场来流
方向、燃气舵偏转角度、燃气舵几何型面有很大的关系,所以对燃气舵的设计,
首先应着重设计燃气舵的几何型面从应力计算来看,由气动力产生的机械应力
与热应力相比很小,可以忽略不计,热应力的最大发生点在燃气舵根部的区
域,而且整个根部的应力都明显的升高燃气舵的温度极大区、高温带基本出现
在这四个区域内,而且从烧蚀计算结果来看,区以及区和
区之间这两块区域最容易产生烧蚀现象。
关键字燃气舵流场分析温度场热应力烧蚀
西北工业大学硕上学位论文摘要
场
第一章绪论
概述
随着未来空战的需求和技术的进步,使用推力矢量控制技术被作为第四代空
空导弹的一个重要特征。作为推力矢量控制的燃气舵最早用在液体火箭发动机
上,后来广泛应用于地地、地空、舰舰等战术固体垂直发射导弹的固体发动机上。
在目前大多数现役和在研的空空导弹上都是使用燃气舵来实现推力矢量的控制,
如法国的、美国的、北约的、南非的等。
将燃气舵用在固体火箭发动机上进行推力矢量控制,具有结构紧凑、被操纵力矩
小、响应快、控制效率较高、可实现滚动控制等特点
燃气舵是在火箭喷流中工作的特殊翼,用于导弹的推力向量控制。早期的中
程液体地地导弹和运载火箭,均采用石墨材料制作的燃气舵。大量的飞行试验和
应用飞行证明,燃气舵均工作正常,是一种最简单可靠的推力向量控制方式
后来,随着大型运载火箭和远程地地导弹的逐步发展,由燃气舵控制的升力已经
不能满足控制要求,因而被摆动喷管等新技术取代。近年来,随着地地、地空、
舰舰和反潜等战术垂直发射导弹的发展,由于燃气舵在控制方案上具有许多优点
而重新被设计师们选中。但是,固体火箭喷流不但具有很高的温度、极强的腐蚀
性,而且所含大量的高速三氧化二铝具有非常强的冲刷力,石墨材料一冲即垮,
因此必须采用高强度、耐烧蚀和抗冲刷的材料。而先进复合材料如复合
材料由于具有高比强度、高比模量、耐高温、耐烧蚀、抗冲击等特点,在航天
航空领域得到了广泛的应用,目前正逐步取代黑色金属、有色金属等传统材料,
成为构造燃气舵的主要材料。在国外,美国的潘兴等固体型号已成功地使用了
由地钨和巧地铝粉末烧结而成的钨一钥舵。后来又发展了新颖的钨渗铜
燃气舵,并应用于捕鲸权舰舰导弹和阿斯洛克反潜火箭等舰载导弹上。
总的来说,燃气舵设计的内容包括个主要方面一是设计舵体外形尺寸和
舵轴位置图二是确定舵的安装位置三是在设计舵体时,不仅考虑舵体要满足
导弹控制力的要求,还要求舵体有足够的强度、刚度及抗烧蚀和耐冲刷的能力,
否则在参加发动机试车时,就可能出现断裂、弯曲和烧蚀量太大等现象,从而造
成试验失败。而本文关心的主要是第三个方面。即研究燃气舵的流场环境、内
第一章绪论
概述
随着未来空战的需求和技术的进步,使用推力矢量控制技术被作为第四代空
空导弹的一个重要特征。作为推力矢量控制的燃气舵最早用在液体火箭发动机
上,后来广泛应用于地地、地空、舰舰等战术固体垂直发射导弹的固体发动机上。
在目前大多数现役和在研的空空导弹上都是使用燃气舵来实现推力矢量的控制,
如法国的、美国的、北约的、南非的等。
将燃气舵用在固体火箭发动机上进行推力矢量控制,具有结构紧凑、被操纵力矩
小、响应快、控制效率较高、可实现滚动控制等特点
燃气舵是在火箭喷流中工作的特殊翼,用于导弹的推力向量控制。早期的中
程液体地地导弹和运载火箭,均采用石墨材料制作的燃气舵。大量的飞行试验和
应用飞行证明,燃气舵均工作正常,是一种最简单可靠的推力向量控制方式
后来,随着大型运载火箭和远程地地导弹的逐步发展,由燃气舵控制的升力已经
不