SolidWorks二次開發(fā)在燃面計(jì)算中的應(yīng)用(三)

2013-07-15 by:廣州SolidworksUGCatia培訓(xùn)中心來源:仿真在線

4 多實(shí)體建模算例

4.1 藥柱模型

圖為某型號(hào)單室雙推力發(fā)動(dòng)機(jī)的藥柱,采用自由裝填尾部點(diǎn)火。圓筒段的后部分無包覆層,形成一圓柱凸臺(tái),同時(shí)為了適應(yīng)外部殼體尺寸的需要在尾部有一錐形凸臺(tái),另外在藥柱兩側(cè)去掉了部分包覆層對(duì)稱地開了兩個(gè)槽,組成一級(jí)藥柱;頭部為二級(jí)藥柱,采用另外的裝藥,6根金屬絲均布貫穿整個(gè)藥柱。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),一級(jí)藥柱通過圓柱和錐形凸臺(tái)加開槽面以及嵌金屬絲燃燒實(shí)現(xiàn)大燃面,而二級(jí)藥柱的穩(wěn)定燃燒為6根金屬絲所產(chǎn)生的錐面((4個(gè)大錐面+2個(gè)小錐面)組成,從而實(shí)現(xiàn)單室雙推力。根據(jù)金屬絲燃燒機(jī)理,嵌金屬絲后,沿金屬絲燃速增加K倍,K=rf/ro,式中rf為沿金屬絲的燃速,ro為藥柱的燃速。為了簡化計(jì)算,將沿金屬絲的燃燒假設(shè)為錐頂角為2e的錐體,在整個(gè)燃燒過程中,認(rèn)為K是一個(gè)不隨燃燒室壓強(qiáng)變化的常量。且假設(shè)金屬絲一露出,在燃?xì)庵屑慈刍㈦S即以此為頂點(diǎn)形成新的錐體。

該藥柱模型較為復(fù)雜,在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生很多的燃面,如果采用之前介紹的幾種燃面計(jì)算方法有各自的復(fù)雜性。根據(jù)介紹的藥柱建模方法,采用了多實(shí)體的布爾減運(yùn)算來模擬藥柱的燃燒過程。

4.2 燃面模型簡化

由“幾何燃燒定律”,各燃面的燃燒情況可以簡化為如下:

凸臺(tái)面由4部分組成,尾部端面,圓錐面,未包覆的圓柱面和在未包覆分界點(diǎn)形成的球弧面,整個(gè)燃面屬于減面燃燒。另外隨著肉厚e的推移,將存在圓錐凸臺(tái)消失(最后退化為圓柱)和尾部端面消失(最后退化為圓錐)兩種情況,這在程序中可以預(yù)先判斷。當(dāng)燃燒肉厚e等于裝藥半徑時(shí),未包覆的凸臺(tái)面完全消失。

開槽面燃燒按照肉厚分為兩段情況,當(dāng)燃燒肉厚e如圖所示時(shí),整個(gè)燃面將由三段圓弧面組成,中間段圓弧面是開槽處未包覆的柱面燃燒后的燃面,整個(gè)燃面為增面燃燒;當(dāng)燃燒肉厚。如圖所示時(shí),整個(gè)燃面為減面燃燒,可簡化為兩段圓弧組成。另外在槽底處將形成不斷擴(kuò)大的槽底環(huán)形曲面(它是一個(gè)繞裝藥軸線旋轉(zhuǎn)的環(huán)形曲面的一部分)及部分球面。

金屬絲的燃燒按照沿金屬絲的等距擴(kuò)張而形成錐坑面,為增面燃燒,大大增加了裝藥的燃面,這正是在固體推進(jìn)劑內(nèi)嵌入金屬絲的根本目的,從簡化角度考慮可以把K當(dāng)作常量來處理。由于部分燃面跟金屬絲平行,所以當(dāng)燃面等距擴(kuò)張到金屬絲時(shí),暴露在高溫燃?xì)庵械恼谓饘俳z將熔化,從而在該處形成了一個(gè)類似漏斗的燃面,并隨后將以金屬絲直徑熔化形成的空腔為中心擴(kuò)張燃燒,形成的燃面,為增面燃燒。

4.3計(jì)算結(jié)果

利用該燃面計(jì)算方法對(duì)上述嵌金屬絲復(fù)雜裝藥進(jìn)行燃面計(jì)算,再采用瞬時(shí)平衡壓強(qiáng)法確定出瞬時(shí)平衡壓強(qiáng)pe和肉厚e的相互關(guān)系,然后通過燃速計(jì)算公式確定肉厚e和時(shí)間t的相互關(guān)系,從而建立了pe和t的變化關(guān)系,最后利用推力計(jì)算公式得到推力F隨時(shí)間t的變化關(guān)系曲線。圖10是計(jì)算得到的燃面Ab隨肉厚e的變化曲線,圖是藥柱初溫分別為50°C和-40°C時(shí)計(jì)算與試驗(yàn)的推力(F)一時(shí)間(t)曲線圖。

從圖中可以看出該計(jì)算方法較好地模擬了嵌金屬絲藥柱的整個(gè)燃燒過程,采用SolidWorks二次開發(fā)計(jì)算所得的發(fā)動(dòng)機(jī)性能跟實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好,具有較高的計(jì)算精度。由于程序所建立的過渡段內(nèi)彈道計(jì)算模型作了一定簡化,以致忽略了燃燒室壓強(qiáng)對(duì)藥柱結(jié)構(gòu)完整性的影響,導(dǎo)致過渡段的計(jì)算結(jié)果比試驗(yàn)結(jié)果偏小,這些問題需在以后的研究中繼續(xù)完善。

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