楊澤南，王革，馬繼（哈爾濱工程大學航天與建筑學院，哈爾濱摘楊澤南，王革，馬繼（哈爾濱工程大學航天與建筑學院，哈爾濱摘關(guān)鍵詞固體火箭發(fā)動機，燃氣二次噴射，松耦合，熱應引、俄羅斯的“白楊”導彈基于上述考慮計算方法，運用為流場計算軟件和結(jié)構(gòu)場計算軟件S的數(shù)據(jù)交換平臺，研究鎢滲銅材料潛熱對燃氣閥在高溫流場中工作時所受熱應力及溫度峰值的影響，研究結(jié)果可以為燃氣二次噴射系統(tǒng)燃氣閥的設(shè)計工作提供參考。本文中流場計算采用k-ε模型，該模型中k方程和ε方程如公式(1)和(2)+G-σ k jjjμ?μ+t+ρC1Sε-C+= σεK+1.2u-u?j u-j )auj+1-u=1.2u-u?j u-j )auj+1-u=jDt?-nn=uDxj-1j j+ 2=1-+jununnf-2jjj+1/jj22三維非穩(wěn)態(tài)導熱微分方程表達式為p ii it為時間T為ρ為材料密cp為材料比熱λi為材料的熱傳導為固體內(nèi)部的熱源密度，無內(nèi)熱源時Q0μσ Exx 1zεyE1=σz-μσ yE=E=E=Eε=1σ-σTxxyEσσαTyyxE γτ=E 21 + 21 + 1-y12 γ=+ 1.5。TH=T0c*=H-H*cT-T22.1圖1噴管流場和燃氣閥示意2.2應用M軟件構(gòu)建流場網(wǎng)格，將整體區(qū)域劃分為3個部分（見圖2）。由于燃氣閥過程模擬需要應用動網(wǎng)格技術(shù)閥體周圍采用四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格（、區(qū)域），流場其他區(qū)域采用六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，總網(wǎng)格數(shù)量300萬左右。在中，選用ek湍流模型，密度基格式，噴管進口使用質(zhì)量流量入口條件。圖2流場圖2流場圖3燃氣閥示意本文利用I耦合平臺聯(lián)合流場計算軟件T和結(jié)構(gòu)場計算軟件進行數(shù)值模擬為：預先在流、固計算軟件中分別設(shè)置好需要耦合的面，并單獨求解初始狀態(tài)下流場的流動和溫度分布情況；然后通過軟件將該值后傳遞給有限元結(jié)構(gòu)邊動有限元求解器開始求解結(jié)構(gòu)溫度與熱應力變化；求解完成后又通過I將耦合邊界計算結(jié)果傳遞回流場動軟件的流場與溫度場計算；如此進行反復交叉迭代，就能夠求解多場耦合問題這種方法能有效利用與在各自領(lǐng)域的強大功能，僅通過接口軟件交換界面上的參數(shù)，計算結(jié)果的精度能夠得到保證。，現(xiàn)對經(jīng)典圓管氣動加熱問題進行仿真。來流Ma6.47，靜溫T241.5K，無限長不鋼圓R38.1mm，內(nèi)半徑r25.4mm，結(jié)構(gòu)初溫294.4K(a)流場(b)結(jié)構(gòu)場圖4圓管繞圖6激波紋影圖7NASA風洞試驗激波紋影圖8對比文獻結(jié)果與2秒時刻結(jié)構(gòu)溫度等值線圖9駐點溫度變化曲33800m/s，小孔處結(jié)構(gòu)溫度快速升高，熱量來不及傳導，瞬時熱應力在此處達到峰值，容計算燃氣閥潛熱的工況不僅熱應力峰值來臨比不計算潛熱的工況晚值上不計算潛熱工況也要小，這說明鎢滲銅材料的相變潛熱在燃氣閥工作過程中能夠起到降低熱應力的作用；燃氣閥作動一個周期后靜止，計算潛熱工況熱應力下降幅度沒有不計算潛熱工況大，但數(shù)值上計算潛熱工況最大熱應力更小一些；待2秒時刻左右，兩種工況閥門結(jié)構(gòu)熱應力最大值趨于一致，這說明本材料第一次相變所吸收的總熱量有限，只能在一定程度上降低結(jié)構(gòu)所受的最大熱應力。因此，可以考慮換一種銅的質(zhì)量分數(shù)高一些的鎢滲銅材料來設(shè)計燃氣閥。圖10兩種工況每個時刻最大熱應力對(a)兩種工況每個時刻最高溫度對(b)(a)兩種工況每個時刻最高溫度對(b)每個時圖11兩種工況每個時刻最高溫度對圖12最大變形量對4論獲得2秒時刻流場激波紋影圖風洞試驗照片相對比，發(fā)現(xiàn)激波位置較為計算得到隨時間推移圓管外壁面溫度分布及2秒時刻駐點溫度，結(jié)果與文獻對比，誤差在1%以內(nèi)；將2秒時刻結(jié)構(gòu)的溫度等值線與文獻結(jié)果對比，兩者吻合較好?；谏鲜鼋Y(jié)論夠證明本文所采用的松耦合方法計算結(jié)果誤差較小，滿足多場耦合問題對計算精度的要求。比較上述兩種工況中閥門在每個時刻的最大熱應力、最高溫度及最大變形量，為相變潛熱對閥門作動過程中所受最大熱應力和最高溫度有一定限制作用，但作用有限；相變潛熱對閥門受熱膨脹變形的影響較小。吳雄.固體吳雄.固體發(fā)動機燃氣二次噴射理論與試驗研究.[PhDThesis].國防科學技術(shù)大學研究生院,李哲,魏志軍,張平劉蘿威攔截導彈制導和控制系統(tǒng)用復合材料熱燃氣閥系統(tǒng).飛航導彈,2002(2):陳偉鄺用庚,周武平.中國高溫用鎢銅復合材料的研究現(xiàn)狀.稀有金屬材料與工程,2004,33(1):DechaumphaiP,WietingAR,ThorntonEA.Flow-thermal-structuralstudyofaerodynamicallyheatedleadingedges.JournalofSpacecraftandRockets,1989,26(4):201～209STUDYONTHEEFFECTSTUDYONTHEEFFECTOFTHELATENTHEATOFTHEMATERIALSTOTHETHERMALPROTECTIONOFHOTGASSECONDARYINJECTIONSYSTEMYANGWANGMA(1InstituteofAerospaceandBuildingofHarbinEngineeringUniversity,Harbin150001,AbstractTheproblemofthermalprotectionofhotgasvalveofsolidrocketmotorgassecondaryinjectionhasbeenonedifficultyduringthethedevelopmentofthethrustvectorcontrolsystem.Firstly,wesimulatetheunsteadyprocessofclassicalhypersonicaerodynamicheatingtubetoverifythelooselycoupledmethod,andtheresultsaresimilarwiththeexperiment.Thenweusetheequivalentheatcapacitymethodtodothemulti-fieldcouplingnumericalsimulationoftheworkingprocessofthehotgasvalvemadebythetungsten-copperphase-changematerialandcomparetheresults.Theanalysisshowsthatthelatentheatofmaterialplaysanimportantrol