SFRJ的固体燃料燃烧和燃气流动过程是SFRJ研究中的一个重要方向。在理论研究方面，主要是对SFRJ的燃烧过程进行建模仿真研究；在试验方面，国内外主要采用地面直连式试验系统，试验研究用的典型燃烧室为一个中空的圆柱体，内部放有中空的圆柱体固体燃料。

为了提高火焰稳定性，需要在发动机入口处维持一定的台阶高度，台阶高度越高，火焰越稳定，但是，台阶高度的增加会减小发动机的装药量。为了提高SFRJ的固体燃料的装药量，同时，维持入口处一定的台阶高度，就需要对固体燃料进行合理的设计，而前台阶内型面的固体燃料能够同时满足上述两个需求。目前，国内外针对该结构的研究较少，因而，得到前台阶内型面固体燃料的燃速，空燃比等性能，将会对SFRJ的设计与应用有较大的工程价值和指导意义。

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究工作

本文主要设计加工了前台阶内型面结构的聚乙烯固体燃料，进行了地面直连式实验研究，通过对比传统内孔固体燃料，分析了前台阶内型面聚乙烯(PE)固体燃料的燃烧性能，获得该结构的优缺点，同时，本文研究了台阶高度对燃速、空燃比等性能的影响，以获得最合理的结构设计。本文主要分为四章，主要内容如下：

第一章简要介绍了世界各国武器系统的发展方向，即本文的研究背景和意义，对国内外固体燃料冲压发动机的研究和发展现状进行了概述，最后，总结了固体燃料冲压发动机的研究发展趋势，并对本文的主要工作进行了介绍。

第二章首先简要介绍了本文采用的数值仿真方法；然后，介绍了国外发展较早的地面直连式实验装置，并对各国不同的实验装置进行了区分与比较，概述了相同点与不同点；详细介绍了本文研究所用的实验系统、实验原理和方法；最后，介绍了目前国内外研究使用的燃料类型，以及本文采用的固体燃料结构。

第三章对实验结果进行了后处理，得到了前台阶内型面固体燃料的燃烧特性；对固体燃料燃速、空燃比、特征速度、燃烧室压强等发动机性能参数进行了计算分析，得到了固体燃料台阶高度对SFRJ燃烧性能的影响。

第四章对本文的研究工作进行了总结，指出了研究过程中的不足之处，对未来的研究工作做了展望和规划。

2 固体燃料冲压发动机燃烧特性研究

固体燃料冲压发动机中固体燃料的燃烧过程和燃气流动过程是一系列复杂的物理化学过程，也是研究的重难点之一[3]。在理论研究方面，各国主要集中在燃烧模型研究、固体燃料研究和进气道研究。常用的研究方法是数值仿真研究。在试验研究方面，常采用地面直连式实验系统。由于试验研究不仅能够验证理论研究成果的正确性，而且能更加直观、准确的反映发动机的整体性能的好坏，因此，试验研究是SFRJ设计发展过程中非常重要的一个环节，试验技术的进步也将推进固体燃料冲压发动机的应用进程。

2.1数值仿真研究

固体燃料冲压发动机(SFRJ)的燃烧室是固体燃料燃烧、热解、燃气与空气掺混的重要场所，为了更好的对SFRJ的燃烧室和内流场进行研究，许多国家早在上世纪八十年代便开始对固体燃料燃烧室和内流场特性的数值模拟仿真。数值模拟仿真可以对实验现象进行解释，获得产生实验现象的原因，因此是固体燃料冲压发动机理论研究和设计中必不可少的关键环节。

SFRJ的燃烧过程总是伴随着燃气的流动，在流动过程中伴随着热量的释放和成分的急剧变化。当化学反应速率无限大的时候，流动为化学平衡流动，此时系统组成处于平衡状态；当化学反应速率为零的时候，此时系统组成保持不变，称为冻结流体，此时，SFRJ的化学反应介于二者之间，称为有限速率化学反应[14]。SFRJ燃烧室内的燃烧和燃气流动受物理守恒定律的支配，基本守恒定律包括质量守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律，控制方程是这三种守恒定律的数学描述。