题目：复合过载下固体发动机内粒子运动规律

本文以目前国内高过载固体发动机研制中存在问题为研究背景，通过理论和试验两种方法，研究揭示了高过载条件下固体发动机内 粒子运动聚集规律，获得了粒子聚集部位、聚集浓度、粒子冲击壁面角度与发动机结构及飞行过载之间关系，进而建立了高过载条件下固体发动机绝热层烧蚀规律，为高过载固体发动机装药及热结构设计提供理论依据。设计了过载模拟试验发动机，并在401所旋转试验台上进行了模拟试验，在国内首次揭示了高过载条件下XX-XX型号发动机烧穿爆炸原因，试验结果表明：1）粒子的作用是高过载下试验发动机局部绝热层烧蚀加剧的主要原因，研究不同过载下发动机内粒子的运动规律及粒子对绝热层烧蚀的影响是解决高过载发动机存在问题的关键所在。2）横向过载虽然对推进剂燃速产生影响，但对发动机内弹道性能影响有限。粒子特性实验测量表明：粒子中Al2O3含量为85％，Al含量为7％，聚集状态下的粒子很多是由多个粒子聚合而成，比非聚集状态的平均粒径大很多。建立了高过载条件下发动机内流动计算模型及计算方法，并对试验发动机进行了数值模拟，计算结果与试验结果吻合得较好，进而验证了本文所建立的高过载计算模型的正确性及可行性。计算结果表明：过载对发动机的影响不仅与发动机的结构，过载的大小和方向有关，而且与过载的历程有关，相同的过载条件对于发动机不同的工作时刻其影响程度也是不同的，不能笼统的说某种发动机绝热层能够承受多大的过载。对地面高过载条件下的绝热层烧蚀试验的结果进行表观和微观分析，以试件结构变化为基础，提出了该条件下试件烧蚀的过程，建立了相应的物理模型，并通过数值方法编制了高过载条件下绝热层烧蚀程序，进行了计算结果和试验结果的比对，分析了影响烧蚀的主要因素。结果表明：1）高过载条件下绝热层烧蚀率的主要影响因素有：颗粒速度、浓度、角度、速度以及炭层本身的力学特性等，颗粒冲刷比较集中的位置，试件的破坏模式为以力学作用为主的机械剥蚀。2）微观观察条件下，颗粒冲刷比较集中的位置，表面疏松碳层的结构完全被破坏，炭化层厚度则明显要小得多，大约在0.35～0.45mm左右。