Fluent火箭发动机喷口挡板气动设计仿真(2)
在能源与资源危机逐渐显现的今天，如何提高武器的命中精度与节约成本成为了武器设计不得不面对的问题。众所周知，火箭武器的命中精度差，使得其难以对点目标进行精确打击。如何提高火箭弹的射击精度成了火箭弹设计中要解决的重要问题。提高火箭弹精度的主要方式是：1、减小发射时的初始扰动；2、采用简易制导技术。因此，一些常用于飞机等飞行器上的控制技术被推广应用在了火箭弹上[3]。
我国陆军目前装备了大量无控火箭武器，若对其进行简易制导改进，不但能提高武器作战效能，还可以延长装备服役年限、提高战时作战持续时间、缓解后勤补给压力。
1.1 燃气扰流片推力矢量控制系统概述
1.1.1 火箭发动机推力矢量控制系统概述
推力矢量控制（Thrust Vector Control）技术,是指通过改变发动机推力相对于弹轴的方向来产生飞行器机动飞行所需的控制力矩[3]的技术。火箭发动机推力矢量控制系统的作用是，根据飞行器控制系统指令采用机械或非机械方法改变发动机喷焰排出方向，使其与发动机轴线偏斜成一定角度，从而改变反作用力——推力的方向。这时，发动机推力可以分解为两个力：沿飞行器轴向的轴向推力，沿飞行器径向的侧向控制力。轴向推力用于推动飞行器飞行，侧向控制力围绕飞行器质心产生一个控制力矩，用于飞行器姿态的控制与稳定。推力矢量控制系统按需要控制推力偏角的方向[4]。
推力矢量控制装置的性能主要指致偏能力、频率响应特性、伺服系统的功率及尺寸、轴向推力的损失等。
致偏能力是指该装置在一定效率下所能达到的最大推力矢量偏角，即所能提供侧向控制力的能力。
频率响应是指该装置对控制信号响应的快慢，它直接影响导弹姿态调整的快慢。
伺服系统的功率和尺寸反映矢量控制装置所需操纵力矩的大小。过大的功率要求，不仅增加结构质量，而且在导弹有限的空间内也无法实现[5]。
轴向推力损失是指推力矢量控制装置工作时发动机推力减小的程度。轴向推力损失过大时，为弥补轴向总冲的减小，必须增加装药量，从而导致导弹总质量的增加。一般的推力矢量控制装置都使轴向推力减小[6]。
推力矢量系统产生的力矩与飞行高度、速度无关。因此，在低速和高空等空气舵控制效率低的情况下，采用推力矢量控制可以快速使飞行器改变飞行姿态[4]。目前常见的推力矢量控制方式有：1、可动喷管（包括柔性喷管、窝球喷管）；2、流体二次喷射（液体喷射、燃气喷射）；3、阻流致偏（扰流片、燃气舵、燃气浆）。俄罗斯的R-73空空导弹上即使用了燃气扰流片方式的推力矢量控制系统[5]，我国的红箭-8型反坦克导弹也采用了燃气扰流片控制方式。
1.1.2 固体火箭发动机推力矢量控制
与液体火箭发动机相比，固体火箭发动机推力矢量控制比较复杂和困难。这是由于液体火箭发动机的推进剂贮存在专门的贮存箱里，发动机较小，而且一般都安装在飞行器舱体内，可以用伺服系统使整个推力室摆动，实现对推力矢量的控制相对容易。而固体火箭发动机本身是推进剂的贮存容器，体积和重量都很大，一般又都作为飞行器外形的一段，因而整个发动机是无法摆动的[7]。所以，固体火箭发动机通常是在喷管部分对推力矢量进行控制。由于燃烧室内高温、高压的燃气在喷管内加速，以很高的流速排出喷管，在这样的环境下对推力矢量控制系统进行控制远比液体火箭发动机复杂得多，困难得多[8]。因此，固体火箭发动机推力矢量控制作为一项专门技术需要进行大量的研究与实验。