带侵蚀燃烧效应的阶梯多根装药火箭发动机三维内流场特性

周柏航， 陶如意， 王浩， 阮文俊

(南京理工大学 能源与动力工程学院， 江苏 南京 210094)

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近年来，阶梯多根装药火箭发动机在大长径比、短距离、高效能的推力火箭中使用越来越多。药柱燃面与通气面积的比值简称燃通比，表达式为k=Ab/Ap，其中：Ab为该截面上游的燃面，表示流经该截面的质量流率；Ap为该截面上燃气通道的横截面积。因此，燃通比也表征该截面的气流速度,称为波别多诺斯采夫准则[1]。根据侵蚀燃烧定义，固体推进剂的燃速受平行于燃烧表面横向气流影响的现象称为侵蚀燃烧[1]，从而燃通比成为影响侵蚀燃烧的一个重要因素。在固体火箭发动机设计中，为了提高质量比，要求壳体能承受较大的内压、装填较多的推进剂和具有较小的结构质量，通常采用阶梯多根装药[2]结构来大幅度提高火箭发动机的质量比[3]。这种设计结构使燃通比增大，侵蚀效应更明显，导致药柱燃速增加，燃烧室压强升高。因此从稳定性、安全性以及可控性的角度，必须对发动机工作过程的内流场进行精确预示，并深入分析影响固体火箭发动机工作过程的各个因素。

国内外对固体火箭发动机内流场进行了大量研究。关于点火瞬态内流场[4-6]，杨乐等[7]采用自定义函数(UDF)对Fluent软件进行二次开发，用侧壁加质方式设定推进剂燃面，重点分析了发动机点火过程中压强上升的规律。关于常规装药工作过程[8-9]，宋大明等[10]采用二维动网格UDF控制边界网格节点的方法仿真出发动机燃面的推移过程，得到燃烧室喷管一体化计算结果。……