具有气液同轴喷嘴的液体火箭发动机燃烧室压力振荡及其声学特性研究

作     者：高得昆 覃建秀 张会强 GAO De-kun;QIN Jian-xiu;ZHANG Hui-qiang

作者机构：清华大学航天航空学院北京100084 中国航天空气动力技术研究院北京100074 

出 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2022年第43卷第7期

页      面：243-252页

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFB0202400 2017YFB0202402) 

主　　题：液体火箭发动机 燃烧不稳定性 声学特性 气液同轴喷嘴 燃烧室 

摘      要：为探究液氧/煤油液体火箭发动机气液同轴喷嘴模型燃烧室具有良好稳定性的原因,采用非稳态雷诺平均(URANS)方法数值研究了其燃烧不稳定性和声学特征。两相燃烧条件下,燃烧室压力振荡幅值约为室压的10%左右、最大不超过25%,且以纵向和横向振型为主。一周六径隔板对横向振型具有很强的抑制作用,但对纵向振型影响较小。与液-液撞击式液氧/煤油发动机模型燃烧室相比,本文研究的燃烧室中煤油液滴没有发生超临界蒸发现象,第三邓克尔数较小,诱发燃烧不稳定性的激励源较弱。进一步通过数值定容弹激发了燃烧室多模态声学特征压力振荡,并得到了其振荡特征频率、幅值和衰减率。结果表明,气喷嘴具有1/4波长喷嘴特征,能显著减小目标振型的幅值,而集气腔对纵向振型具有很强的抑制作用,同时对其他振型也有程度不同的抑制效果。因此,较弱的燃烧不稳定性激发机制以及隔板、气喷嘴和集气腔对纵向和横向振型有很强的抑制作用,使得该液氧/煤油发动机气液同轴燃烧室具有很好的稳定性。