Fluent喷管型面参数对推力偏心影响的数值仿真研究(2)
普通火箭喷管的设计思想是在保证燃烧室内预期压强的前提下，提高能量利用率。通过减少燃气流动中的损耗和尽可能减少喷管重量的方法实现。微推偏喷管的设计思想则是除了保持普通喷管的功能和特点外，还以达到推力偏心矩最小为目的，使火箭弹飞行时偏离预定弹道的偏差最小，从而有效地提高无控火箭弹的密集度。
微推偏喷管技术是一种集数值仿真和实验优化于一体的喷管设计技术，通过取得合理的喷管扩散段长度和内型面，由几何尺寸的最佳匹配将喷管出口设计在扩散段的侧向力零点附近，使得喷管所受侧向力最小，从而使得发动机的推力偏心尽可能小。在无控火箭弹设计中，微推偏喷管技术是一项可有效减小火箭弹推力偏心，大幅度提高火箭弹密集度的新型喷管技术。
目前，研究非对称喷管内流场的方法主要有数值仿真方法和试验方法。数值仿真方法可节约大量的人力、物力，避免研制周期过长，偶然因素过大的缺点；实验方法具有真实、可靠的优点，但同时要保证实验误差在允许的范围内，特别是非对称流畅引起的测量误差。流场数值仿真方法可获得详尽的流场信息，有利于对喷管非对称流动特性进行深入分析，有助于辅助微推偏喷管设计方案的制定。因此，将数值仿真与实验研究相结合，对于提高微推偏喷管的设计有较大意义。
微推偏喷管技术是一项可有效减小火箭推力偏心、大幅度提高火箭弹密集度的新型喷管技术。过去研究微推偏喷管技术需要大量的实验测量，往往费时费力，所以火箭喷管推力偏心的理论研究就成了热点。
目前理论研究尚未涉及到喷管内亚声速、跨声速和超音速三文非定常非对称流场，对其特点也一直没有研究过；也一直不了解在非定常非对称情况下喷管推力偏心特性。尤其是喷管扩张段长度、喷管张开半角等喷管型面参数对火箭推力偏心特性研究也是出于空白阶段。所以本文首先用Fluent软件对某型号喷管进行数值模拟，模拟非定常非对称情况下不同喷管扩张段长度以及不同喷管张开半角条件下，喷管收敛段、喉部以及扩张段的流场变化情况，并计算喷管内推力，绘制推力随时间变化曲线，得到推力偏心特性。
为了建立起完善的微推偏喷管设计理论体系，达到降低微推偏喷管设计成本、缩短研制周期的目的，本文工作采用Fluent软件进行数值模拟喷管内亚声速、跨声速和超音速三文非定常非对称流场，以便获得喷管推力偏心特性，得到喷管型面参数对推力偏心特性的影响规律。本文工作将会提高火箭设计水平、促进火箭相关理论的发展，为微推偏喷管的研制创造有利的条件。
通过本文的研究可以进一步认识非对称非定常流场中，喷管型面参数对火箭喷管推力偏心的影响。这些工作都为分析火箭喷管内非对称非定常流场特性提供方便的研究手段。
1.2 国内外研究状况
1.3 本文主要工作
本文主要研究喷管型面参数对发动机推力偏心特性的影响，具体工作如下：
（1）分析非对称扰动因素的来源，以及如何减少非对称扰动因素对火箭推力偏心的影响。
（2）建立喷管几何模型，用gambit软件绘制喷管三文实体模型，选取合适的初始面，布局合理的网格，正确处理喷管边界的情况。
（3）根据发动机实际工作参数，建立喷管的物理模型，运用Fluent软件，合理选择数值计算格式及相关算法进行求解。
（4）研究喷管内三文非对称非定常流场，处理计算结果，绘制需要的各类曲线。通过对不同喷管张开半角、入口速度偏角以及喷管扩张段长度条件下的推力曲线图的分析研究，得出喷管张开半角、喷管扩张段长度以及入口速度偏角对火箭弹推力偏心特性的影响，为微推偏喷管设计研究提供具有参考意义的结论。