固体火箭发动机羽流场波系结构及特性数值计算

崔立堃，叶 伟

(陕西理工大学 机械工程学院， 陕西 汉中 723001)

固体火箭发动机羽流流场的结构分布特性对固体火箭的总体设计、火箭发射装置设计、结构材料的选择等方面均会产生很大的影响[1-2]，特别是其红外辐射对发动机故障监控和军事侦察有着非常重要的作用。为此，国内外许多学者对此进行了研究：H.B.Ebrahimi等[3]运用GPACT模型计算分析了Titan II 液体火箭发动机红外波段辐射场；K.Berer等[4]比较了运用逐线模型和分子波带模型计算弹道导弹羽流红外辐射的结果；Kim等使用改进的离散坐标法[5]和有限体积法[6]计算了固体发动机羽流辐射和喷管探照灯(searchlight)发射的底部加热效应；张小英等[7]研究了某型固体火箭发动机在地面试车和不同高度工况下发动机红外波段2～6 μm的辐射情况；金云飞等[8]基于羽流辐射的监测和光谱特性，对发动机的工作状态、羽流特性等进行了在轨观测试验，试验结果良好；陈杰等[9]采用差分求解N-S方程与直接模拟蒙特卡洛耦合的方法对火星环绕器姿轨控发动机羽流力、热以及污染效应进行了仿真研究。这些研究主要集中在羽流红外辐射的计算分析方法和特性探究方面，而对羽流场的流场结构及其特性的研究较少。而羽流场的流场结构及特性对包括羽流红外辐射等其他羽流效应有着重要的意义。因此，本文基于三维N-S方程，采用Spalart-Allmaras湍流模型，通过大型CFD软件FLUENT对某固体火箭发动机羽流场进行了数值分析，并对不同飞行参数条件下、纯气相作用下的发动机羽流场进行了综合分析比较，拟为深入研究固体火箭发动机羽流效应提供一定的指导。……