基于統計學的旋轉火箭發動機噴管熱結構分析

孫 林，閻海生，鮑福廷

(1.西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072；2.淮海工業集團有限公司，長治 046012)

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基于統計學的旋轉火箭發動機噴管熱結構分析

孫 林1，閻海生2，鮑福廷1

(1.西北工業大學 燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072；2.淮海工業集團有限公司，長治 046012)

以某型號固體火箭發動機噴管為研究對象，基于統計學聚類分析方法，研究了該型號噴管內流場、溫度場及應力場對旋轉的響應。采用流動-傳熱-熱結構的順序耦合方法，得到了各轉速條件下的穩態流場及瞬態溫度場、應力場情況。將流場、溫度場、應力場原始數據標準化并構造關系矩陣，再通過聚類分析，將結果分別劃分為類間差異明顯的5類。由于噴管結構與旋轉的耦合作用，流場與溫度場及應力場聚類分析結果均存在差異。溫度場與應力場聚類分析結果一致，說明旋轉產生的離心力對噴管應力情況影響不大，熱應力仍是該型噴管應力的主要來源。分別研究各類別中任意工況的應力情況，可得到不同戰術指標下噴管熱應力特征，提高了該型號噴管設計水平。該分析方法得到了統一的變化規律，可有效降低實驗成本。另外，對于具有旋轉特征的發動機噴管工作過程中的故障診斷、失效行為等的預示有指導意義。

統計學；聚類分析；旋轉；固體火箭發動機噴管；流場仿真；熱結構耦合

0 引言

導彈的旋轉有利于保證其飛行軌道的穩定性，但旋轉產生的離心力及哥氏加速度影響了固體火箭發動機的內流場[1-4]、裝藥燃速[5-6]及導彈發射過程中裝藥的結構完整性[7-8]。……