液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)值計(jì)算與燃燒不穩(wěn)定分析.pdf

1、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)具有大推力、高比沖等優(yōu)點(diǎn)，在運(yùn)載火箭，導(dǎo)彈系統(tǒng)，航天器姿態(tài)控制等領(lǐng)域廣泛使用。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在研制的過(guò)程中常出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象，其中高頻燃燒不穩(wěn)定性會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞。自20世紀(jì)30年代，在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中發(fā)現(xiàn)了燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象后，各國(guó)研究者對(duì)燃燒不穩(wěn)定現(xiàn)象開展了大量研究工作。但燃燒不穩(wěn)定性產(chǎn)生的原因以及如何消除燃燒不穩(wěn)定性至今沒(méi)有一致的結(jié)論，工程中依然以高成本的實(shí)驗(yàn)為主要研制手段。數(shù)值模擬具有高效率、低成本的優(yōu)點(diǎn)，開展液氧煤油

2、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的數(shù)值模擬，研究燃燒不穩(wěn)定性的影響因素，具有工程參考價(jià)值。
　　液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是近年來(lái)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文的主要研究對(duì)象為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。計(jì)算分析了煤油在高溫高壓條件下的反應(yīng)特性，結(jié)果表明煤油的反應(yīng)誘導(dǎo)時(shí)間大幅縮短，認(rèn)為在燃燒室工況中，反應(yīng)迅速完成，反應(yīng)由混合過(guò)程控制。建立了燃燒室三維模型，在不施加人工擾動(dòng)的條件下，通過(guò)數(shù)值計(jì)算實(shí)現(xiàn)了燃燒不穩(wěn)定性的捕捉。分析計(jì)算了燃燒室的聲學(xué)特性，并對(duì)壓力振蕩頻率進(jìn)行分析，判斷

3、其發(fā)生了與聲腔耦合的高頻燃燒不穩(wěn)定。
　　噴注參數(shù)是影響燃燒不穩(wěn)定的主要因素之一，計(jì)算對(duì)比了不同噴注參數(shù)對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響。計(jì)算結(jié)果表明，粒徑較小時(shí)，易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定;增大噴注半角有助于使燃料和氧化劑混合更充分，使反應(yīng)更均勻，有助于抑制燃燒不穩(wěn)定，但無(wú)法完全消除;燃料液滴初溫對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響不明顯。在燃燒室計(jì)算模型中加裝隔板，數(shù)值計(jì)算結(jié)果顯示燃燒不穩(wěn)定性消失，與工程經(jīng)驗(yàn)一致。所做工作為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制中的燃燒穩(wěn)定性問(wèn)題提供參考