对于突防能力要求较高的导弹,在弹体高速机动过程,固体发动机内的凝相颗粒可能会在前封头区域局部位置聚集,从而加剧局部区域烧蚀,对前封头热防护结构造成不可忽略的影响。本文通过计算不同过载条件下的燃烧室两相流场分析轴向过载和俯仰过载对前封头两相流的影响,为此类固体火箭发动机前封头区域绝热层的设计提供理论参考,具体工作如下:(1)根据具体的物理问题和数值模型的适用范围,明确固体火箭发动机燃烧室内颗粒的物理性质及尺寸分布,选择均相模型和分散颗粒群模型分别进行固体火箭发动机燃烧室两相流的计算;根据选择的数值模型和颗粒特性,进行网格无关性验证和数值模型验证。(2)采用均相模型计算不同轴向过载和不同俯仰角速度条件下的燃烧室两相流场,分析轴向过载和定俯仰过载对发动机前封头两相流的影响。通过对前封头流线和局部位置的流动参数进行分析可得,轴向过载会导致前封头局部位置的涡量和流速降低,但对于前封头区域的涡旋尺寸和位置几乎没有影响。定俯仰过载会减小前封头区域的涡旋尺寸,使燃气在前封头的汇聚点由几何中心向上移,降低前封头迎风区域局部位置的涡量和流速,增加背风区域局部位置的涡量和流速。(3)使用分散颗粒群模型计算不同轴向过载条件、不同俯仰角速度条件和不同俯仰角加速度条件下的燃烧室两相流场,分析轴向过载、定俯仰过载和变俯仰过载对发动机前封头两相流的影响。通过分析前封头区域的颗粒浓度分布和颗粒受力情况可得,过载力的作用导致轴向过载条件下前封头局部位置的颗粒浓度降低。定俯仰过载的施加使得迎风区域局部位置的颗粒浓度降低,背风区域局部位置的颗粒浓度升高。当俯仰角加速度不为0时,俯仰角速度变化到与定俯仰角速度相同的时刻,前封头区域局部位置的颗粒浓度比定俯仰过载条件下的颗粒浓度低。在俯仰角速度加速状态下,迎风区域局部位置的颗粒浓度降低幅度比背风区域局部位置的颗粒浓度降低幅度大,在减速状态下则刚好相反。在气动力和科氏力的共同影响下,反向喷管底座的涡旋处成为前封头区域颗粒浓度最高的位置。(4)对两种数值模型得到的结果进行比较可以得到,使用两种数值模型得到的过载影响规律一致,但是具体的变化幅度不同,且由于分散颗粒群模型中考虑了相间滑移现象,使用分散颗粒群模型计算得到的流速比均相模型得到的流速低。综上所述,本文针对不同过载条件下固体火箭发动机前封头两相流进行了详细的研究,分析了发动机前封头区域的两相流动规律和颗粒浓度分布,为带有反向喷管的固体火箭发动机前封头绝热层的设计提供了理论依据。