基于瑞利准则的火箭发动机稳定性缩比方法研究

针对高压补燃循环火箭发动机燃烧稳定性试验提出一种基于瑞利准则的稳定性缩比方法,通过量纲分析得到决定稳定性相似的关键参数,给出缩比尺度的确定方法。通过缩比准则,可使推进剂种类和喷前温度不变、喷注速度不变、混合比不变,喷注器和燃烧室同全尺寸发动机分别几何相似,缩比发动机燃烧室压力大于推进剂超临界值。算例分析结果表明,该方法得到的缩比发动机燃烧室的压力和流量等大幅降低。

直流式喷嘴开口率声学抑制能力影响

根据喷嘴长度和入口边界条件,将液体火箭发动机气液同轴式喷嘴简化为4类:四分之一波长闭管、二分之一波长闭管、四分之一波长开管和二分之一波长开管。采用线性声学理论对喷嘴入口开口率的声学抑制影响进行了研究,得到了入口开口率声学影响规律。结果表明:在标准长度和最佳长度2种条件下,开口率对喷嘴抑制能力的影响差别很大。合理选择开口率和喷嘴长度能够有效提高喷嘴抑制能力。研究结果可为喷嘴长度和入口射流条件优化设计、燃烧室声学振荡抑制提供参考。

气液同轴式喷嘴声学特性数值研究

采用线性声学理论,将液体火箭发动机气液同轴式喷嘴分别简化为1/4波长谐振管和1/2一波长谐振管,研究得出常温条件下喷嘴长度和入口射流条件对燃烧室一阶切向声学模态的抑制规律。结果表明:当喷嘴一阶纵向模态频率与需要抑制的燃烧室声学模态频率相等时,对于喷嘴入口射流处于壅塞的状态1/4纵向模态波长长度喷嘴的抑制能力最大;反之,1/2纵向模态波长长度喷嘴的抑制能力最大。两种喷嘴的抑制能力均随喷嘴直径增加而增大。研究结果可为喷嘴长度和入口射流条件优化设计、燃烧室声学振荡抑制提供参考。

推进剂入口压力响应时间对发动机起动过程的影响

针对自主设计的气氧/煤油单喷嘴模型发动机,对煤油入口压力响应时间与起动过程点火时序设置进行了研究,以实现发动机安全平稳起动,作为后期液体火箭发动机高频燃烧不稳定性研究的准备。设置不同工况进行发动机热试车,获得了煤油入口压力、氧主入口压力、推力室总压,以及静压与时间的关系,用高分辨率高像素监控系统实时采集图像。基于试验数据分析了试验平稳起动和爆燃产生的原因。结果表明:点火时机对发动机起动过程有显著影响,错误的点火时机可导致极端不稳定燃烧出现;煤油入口压力响应时间影响发动机的起动过程,点火时序设置由煤油入口压力达到最小值的时刻决定;点火时刻处于氧主的稳定流动段。所得结果为后期燃烧不稳定研究提供了基础。