液体火箭发动机试验脉动压力传感器安装结构固有频率分析

王智超 申勋安 胡玉斌 周全宝

北京航天试验技术研究所，北京 100074

0 前言

随着液体火箭发动机研究的不断深入，发动机动态特性分析在发动机整体性能评估中显得越来越重要。其中，高频燃烧不稳定性是液体火箭发动机研制过程中的重要问题，也是整个燃烧不稳定中最复杂且最有害的部分。发动机出现燃烧不稳定性的结果是毁坏发动机自身组件，导致发动机不能正常工作[1]。燃烧不稳定性问题涉及流体力学、燃烧学、热力学和声学等多个学科领域，是复杂的物理化学过程。脉动压力测量作为高频燃烧不稳定性测量的重要手段，能直接测量关键部位燃烧过程及流体动力学的重要参数，已经成为液体火箭发动机的常规测量手段。脉动压力频谱分析能为发动机可靠性试验提供有效可靠数据。

1 脉动压力测量声学振荡模型

脉动压力传感器的安装结构固有频率取决于其测点安装位置的声学振荡模型。通常，根据传感器的测点位置的安装方式，可以将测点安装结构的声学振荡模型分为Helmholtz模型、直管模型、Bergh‐Tijdeman模型。不同的声学模型对传感器的安装结构固有频率有不同的计算方法。传感器的安装结构固有频率决定了安装结构的工作频率范围，也直接关系到所测得的压力信息的真实性。

1.1 Helmholtz模型固有频率计算

Helmholtz模型系统传感器安装示意图如图1所示，可将传感器安装结构视为弹簧—质量系统。

腔体中的介质VC充当弹簧，管中的介质被视为质量mT。……