多排径向通道直流喷嘴的声学特性试验研究

刘 倩，丁兆波，潘 亮，王洋洲，孙纪国

（北京航天动力研究所，北京，100076）

0 引 言

燃烧不稳定性是液体火箭发动机研制过程中经常遇到的重大技术问题。大推力高压补燃循环发动机燃烧室尺寸显著增加，燃烧室发生高频燃烧不稳定的倾向会大大增加。喷注耦合声学不稳定性是同轴式喷注单元声学振型的典型特性，如果氧喷嘴的谐振频率和燃烧室的声学振型一致，就可能产生不稳定性，其中氧喷嘴决定了振荡频率；当喷嘴频率与燃烧室频率各振型错开，可以实现声学错频[1]。

Byoung-Do[2]利用数值手段研究了燃烧室压力振荡对同轴直流喷嘴高频动力学不稳定的影响。吴伟亮[3]等利用CFD方法研究了直流喷嘴内部流场情况，并给出了喷嘴流量随压力脉动的变化规律。王枫[4]等研究表明喷嘴长度、缩进室长度和通道节流嘴直径对高频燃烧不稳定性裕量有很大影响，并存在相对最佳值。杨立军等人在巴扎罗夫的研究基础上，讨论了敞口型离心式喷嘴的动态特性[5]，分析了结构参数[6]、切向通 道[7]等对敞口型离心式喷嘴动力学特性的影响。

高压补燃循环推力室头腔采用燃气腔在上、氧腔在中间、氢腔在下的结构，氧喷嘴为多排径向通道直流喷嘴结构，与传统直流氧喷嘴结构存在明显差异。目前，国内外文献缺乏对补燃循环氢氧发动机中异型结构直流喷嘴的喷嘴声学特性的相关研究。本文通过试验技术手段测量和分析喷嘴在静止常温空气条件下的固有声学频率、振型及对突出频率的阻尼系数，研究不同喷嘴结构参数等对喷嘴声学特性的影响规律，并建立相应的经验关系式，为抑制喷注耦合不稳定的发生奠定基础。……