不同設(shè)計(jì)型面對雙鐘形噴管性能影響

楊建文，付秀文，劉亞洲，周立新

(西安航天動力研究所 液體火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710100)

0 引言

對于液體火箭發(fā)動機(jī)，采用傳統(tǒng)的拉瓦爾噴管，如果噴管面積比過小，飛行過程中燃?xì)馕赐耆蛎洉斐刹糠直葲_損失，如果面積比過大，飛行過程中由于燃?xì)膺^膨脹會導(dǎo)致噴管發(fā)生流動分離、產(chǎn)生側(cè)向載荷，嚴(yán)重時(shí)會直接破壞發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)。為了使發(fā)動機(jī)噴管產(chǎn)生的比沖效益最大化，高度補(bǔ)償噴管方案應(yīng)運(yùn)而生，這些方案包含雙鐘形噴管、塞式噴管、縫隙式噴管、變幾何結(jié)構(gòu)噴管等。雙鐘形噴管具有結(jié)構(gòu)簡單、總沖性能提升較大等優(yōu)點(diǎn)，目前成為研究發(fā)動機(jī)性能增長的一種重要手段。

雙鐘形噴管(見圖1)包括基準(zhǔn)噴管和噴管延伸段。雙鐘形噴管在低空工作模式時(shí)，被控制的軸對稱流場在反射作用下出現(xiàn)分離，產(chǎn)生較小的有效面積比見圖2(a)；在高空工作模式時(shí)，隨著高度增加和氣體進(jìn)一步膨脹，轉(zhuǎn)折處下游的流動逐漸向噴管貼緊，直至氣流充滿整個(gè)噴管出口截面，使用了全部的面積比見圖2(b)；由于面積比較大，可以得到比海平面工作時(shí)更好的性能。

圖1 雙鐘形噴管結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 雙鐘形噴管的兩種工作模式

第一個(gè)雙鐘形噴管是Horn和Fisher提出并公布的，目前國外研究主要集中在美國洛馬、NASA、德國DLR、意大利羅馬大學(xué)、俄羅斯莫斯科航空學(xué)院等。

Hagemann和Frey等基于理論分析和數(shù)值模擬開展了雙鐘形噴管的設(shè)計(jì)，然后在DLR的P6.2冷氣測試試驗(yàn)臺上進(jìn)行了大量的縮尺冷氣試驗(yàn)。……