某液體火箭發動機燃氣路異常壓力脈動分析

劉紅珍，田 原

(北京航天動力研究所，北京 100076)

0 引言

燃氣發生器循環是泵壓式火箭發動機中廣泛采用的開式循環。當燃氣發生器產生的高溫燃氣需要吹動并聯的氫氧渦輪時，一般需要多通管路對燃氣進行分流。燃氣發生器產生的燃氣作為下游渦輪的輸入工質，其流動穩定性關系著火箭發動機運行的成敗。當燃氣流動不穩定時，會造成渦輪泵的輸入輸出跟隨脈動，進而造成發動機推力脈動。同時，異常的壓力脈動也會對渦輪泵施加壓力脈動激勵，導致渦輪泵工作環境惡化。因此，研究燃氣路流動穩定性對渦輪及發動機系統均具有十分重要的意義。

國內外研究者對并聯的多通管路內的流量分配與壓力跳變現象進行了一些研究。Bajura從流體力學的角度給出并聯管路壓降的分析方法，提出了“Bajura第一模型”；此后又對并聯管路的壓降與流量分配進行分析修正后提出“Bajura第二模型”。日本白百合女子大學Horii等用空氣作為流動介質，在特定條件下，用粒子顯示出管內存在非常穩定的強螺旋流現象。隨后提出了擴散管+彎頭+收縮管、環狀軸對稱開口徑向進流+錐形收縮的螺旋流發生裝置，并進行了工業應用。然而，上述裝置為何會產生螺旋流以及管道結構形狀、幾何參數對螺旋流的形成與發展有何影響卻不清楚。Horii雖也試圖解釋這種流動現象，初步認為Coanda效應與流動不穩定性是產生螺旋流的原因，然而根據還很不充分。北京大學湍流研究國家重點實驗室的熊鰲魁等針對多通、帶收縮擴展的彎頭結構的3種管路開展了水介質的驗證試驗，提出了不對稱的雙渦在相互作用后卷并為一個渦，形成了穩定的強螺旋流現象。……