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空气涡轮泵发射系统作为一种流体动力机械,作用特殊,它的内部流体的流动情况直接或间接的影响了空气涡轮泵发射系统工作中所表现出的所有瞬态特性,而发射阀则是空气涡轮泵发射系统的关键部件,影响空气涡轮泵发射系统瞬态特性从而实现对发射过程内弹道参数的控制。准确认识与把握详细的发射阀内部流场流动特征,对研究空气涡轮泵发射系统的瞬态特性具有重要意义。本文以发射阀为研究对象,采用数学建模及求解、数值模拟的方法,在应急发射下分别对发射阀阀芯改进前后的三种结构,进行发射阀气介质流道内流场数值计算研究。通过优化设计,得到发射阀气介质流道最优结构,研制发射阀气介质结构优化组件样机,开展发射阀气介质流道结构优化仿真与试验对比研究。具体研究内容如下:1.建立应急发射下涡轮泵发射系统的数学模型,并分别将改进前后的阀芯结构模型代入求解,对比分析不同阀芯结构对应急发射下涡轮泵发射系统的影响。通过建立发射阀的数学模型,既而建立空气涡轮泵发射系统的组成部件的数学模型,从而仿真计算整个发射系统发射过程,并且分析仿真结果。同时根据三种阀芯结构的具体形式,改变发射阀模型,进而对比仿真计算,研究发射阀结构的改变对发射系统内弹道的影响。2.建立发射阀气介质流道三维模型,对发射阀内流场使用CFD商用软件进行数值模拟,并改变发射阀三维模型,对比仿真不同阀芯结构内流场流动情况。利用前处理软件ICEM CFD进行结构化网格划分,基于剪切压力传输(SST)k-ω湍流模型,设立压力边界条件,对发射阀内流场的流动状态进行非定常条件下粘性可压的全三维数值研究。给出了发射阀阀芯动态运动过程中瞬态特性分布情况,同时对各个时刻的流场特点进行了分析;对比分析了改进前后的发射阀阀芯在运动状态下的压力、速度和速度矢量分布规律,仿真结果表明优化后的发射阀性能得到提升。3.研制气介质结构优化组件,将优化后的发射阀气介质流道结构组件替换集成进现有的发射阀内,进行仿真计算和试验结果的对比研究。在应急发射工况下,验证发射阀气介质流道结构优化设计结果的合理性和设计方法的科学性。