大长径比固体火箭发动机点火瞬态内流场特性分析

杨 乐，余贞勇，何景轩

（燃烧、流动和热结构国家级重点实验室，西安，710025）

0 引 言

点火瞬态过程中的内流场变化特性对火箭及导弹发射的成败有重要的影响，对于小型火箭发动机通常该过程极短，不作为重点关注的对象。随着航天技术的发展，大长径比固体火箭发动机得到广泛应用，这类发动机轴向燃面较长，因此火焰传播过程较长，且自由容积相对较大点火瞬态过程也较长，极限情况下超过百毫秒[1]。

目前，国内外[2～6]对发动机的内流场进行了大量的数值模拟分析，其中，张福生等[5]采用高速相机、光电二极管和压强传感器等设备记录了二维实验发动机内点火瞬态过程中各测量点压强-时间历程和火焰传播过程；余贞勇等[6]对具有翼柱形装药、潜入喷管结构发动机的火焰传播过程进行了较为系统的实验研究和数值分析。由于流动特性复杂，上述研究所模拟的精确程度与试验结果都存在不同程度的差异。对于不同的发动机流场结构，其流场特性差别很大，其中翼柱形装药的大长径比固体火箭发动机流场结构复杂，准确分析其内部的燃气流场以及火焰传播规律，对点火瞬态过程的研究有着重要意义。

本文运用前处理（Integrated Computer Engineering and Manufacturing，ICEM）软件对模型进行网格划分，采用FLUENT流体力学软件对大长径比固体火箭发动机的点火瞬态内流场进行了数值模拟，其中采用用户自定义函数（User-defined Function，UDF）接口编程对软件进行二次开发[7]，用侧壁加质的方法设定推进剂燃面，重点分析了点火过程中压强的上升规律以及火焰在圆筒段和翼槽部位的传播过程。……