旋轉條件下大長徑比固體火箭發動機三維內流場數值模擬

邱 欣，李新元，丁 彪，張春龍

（1.海軍航空工程學學院研究生管理大隊，山東煙臺264001；2.92635部隊，山東青島266041）

某小型固體火箭發動機為滿足導彈的射程，采用了大長徑比自由裝填式裝藥、旋轉發射方式，提高導彈飛行的穩定性；通過采用2 種不同燃速的推進劑和雙側開槽半包覆裝藥實現2級推力。其裝藥結構如圖1 所示。在實現上述性能的同時，也增加了發動機內部流場的復雜程度，因而有必要研究發動機在工作過程中的流場特點及其對發動機正常工作可能產生的不利影響，為發動機的使用與改進提供參考。

圖1 發動機裝藥結構圖

發動機燃面計算是流場計算的重要步驟之一，目前較為常用的方法是直接根據燃面平行推移原理計算燃面的變化規律[1-4]。若考慮燃氣壓強分布對裝藥不同部位燃速影響，則計算結果更為精確，但實現起來較為復雜[5-6]。對于高過載條件下發動機內部流場的特征，國內外學者進行了大量的研究[7-9]。研究發現發動機的運動將對流場造成影響，容易導致燃氣對殼體燒蝕的不確定性。旋轉載荷同樣對發動機的內部工作過程有明顯影響[10-12]，武曉松等[13]通過大量實驗發現旋轉對增程火箭發動機推力影響明顯，根據不同旋轉速度下發動機的時間推力曲線，采用零維內彈道計算方法，獲得了噴管喉部等效面積和動態燃速隨轉速變化的經驗公式。王革等[14]采用有限體積法與RNGk-ε湍流模型進行計算，發現隨著發動機旋轉速度的增大，發動機燃氣切向速度峰值升高，燃燒室內的旋流與前封頭相互作用變得更為強烈。……