弹道修正弹是精确打击弹药的一种,其采用修正执行机构实现弹丸飞行姿态的控制。随着固体火箭技术的发展,固体火箭脉冲发动机作为推力矢量控制装置能够很好地满足弹道修正弹的性能要求和工艺要求,具有许多其它装置无法比拟的优点。与一般的固体火箭发动机相比,其喷管具有强曲率的特征,燃气流场异常复杂,无采用隔热防护层,造成喷管和喷管座结构的严重受热,机械性能大幅下降。本文的主要研究内容包括:(1)流场数值模拟。建立喷管三维流场的物理模型和数学模型,分别进行定常和非定常三维流场数值计算。定常模拟采用设计总压入口条件,分析了喷管内各流动参数的分布特性,喷管中二次流的产生机理与发展情况,通过RNGκ-ε和Omega湍流模型的模拟结果比较,说明后者更适合强曲率喷管的流场计算。非定常数值模拟在定常模拟的基础上采用试验总压入口条件,主要为流固耦合瞬态换热计算打下基础。(2)热耦合数值模拟。建立三维耦合传热的物理模型和数学模型,对发动机工作30 ms内的瞬态换热进行数值计算。主要分析喷管和喷管座结构的温度分布特性,辐射换热和湍流模型对结构温度场造成的影响,并定性地分析燃气的冲刷作用对烧蚀的影响。结果表明,燃气流场的旋涡运动是造成壁面高温的主要原因,冲刷作用加剧了壁面高温区的烧蚀。(3)热应力数值模拟。以温度梯度最大时刻的温度为载荷进行热应力计算,分析喷管和喷管座内部的等效应力分布。本文的研究结果可为发动机的优化设计及防护层设计提供参考数据。