固体火箭发动机喷管分离流动流固耦合数值仿真①

吴朋朋，杨月诚，高双武，张昆鹏

(第二炮兵工程大学二系201室，西安 710025)

固体火箭发动机喷管分离流动流固耦合数值仿真①

吴朋朋，杨月诚，高双武，张昆鹏

(第二炮兵工程大学二系201室，西安 710025)

针对固体火箭发动机大膨胀比喷管出现的分离流动，采用数值仿真方法进行分析，并与试验进行对比。通过集成软件平台MpCCI，连接计算流体动力学软件FLUENT和有限元软件ABAQUS，对燃气流动与喷管结构运动变形进行了耦合计算。耦合计算结果发现，此大膨胀比喷管发生气流分离，且分离处斜激波后的气流温度与压力变化较大，采用流固耦合数值方法能体现喷管的结构变形，从而更准确地反映喷管与燃气流相互影响的真实环境。耦合计算结果与试验进行对比得出，耦合计算得到的分离位置能很好地拟合实验测得的气流分离位置，说明了流固耦合数值方法的有效性，为更深入研究大膨胀比喷管分离流动现象提供了支撑。

固体火箭发动机;大膨胀比喷管;分离流动;流固耦合分析

0 引言

随着航天科学技术的飞速发展，固体火箭发动机的研究工作开始突飞猛进。如美国于2010年8月31日对DM-2固体火箭发动机进行了测试，DM-2发动机可产生360万磅(约1 630 t)推进力，是迄今为止用于飞行的体积最大且功率最大的固体火箭发动机，可能被用在未来的重型运载火箭上。之所以有这么大的进步，非常重要的一点就是对喷管的改进。喷管是固体火箭发动机的基本部件之一，在许多情况下，它决定了发动机的外形和能量质量完善程度。……