基于旋转阀的固体火箭发动机燃烧室压强振荡特性

针对基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应函数测试系统存在不易进行相位角测量、压强振荡及内流场分析的难点,设计一套旋转阀冷流实验系统,建立对应的压强振荡理论计算模型和三维瞬态内流场仿真模型,研究燃烧室压强振荡及其内流场特性。开展不同排气频率的冷流实验和理论计算,并与仿真模型进行对比。结果表明:仿真计算中单个转子排气通道周期性摆动运动可代替多转子排气通道单向旋转运动,且误差小于1%;仿真计算获取的排气周期与实验对比的误差小于1.2%;对于压强峰-峰值,仿真比实验小且相差数值由20 Hz的0.019 MPa降低至300 Hz的0.001 MPa,验证了仿真模型的有效性;为后续研究旋转阀工作过程中燃烧室压强振荡及流场变化提供了新的思路和途径。

基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应测试方法

针对固体发动机燃烧不稳定问题,提出一种基于旋转阀的固体推进剂压强耦合响应测试方法,并对应设计了一套可开展冷气和推进剂点火实验的旋转阀实验系统。通过23 Hz、46 Hz、69 Hz 3种不同振荡频率的冷气实验及理论计算,发现两种结果对比误差最大值为4.35%,验证了圆光栅定位组件测试旋转阀次级排气通道面积和压强延迟时间的有效性。进行23 Hz、46 Hz、69 Hz、115 Hz、138 Hz 5种振荡频率的固体推进剂点火实验,结果表明:燃烧室平均压强受振荡频率的影响,由23 Hz的2.88 MPa减小至138 Hz的2.523 MPa;被测推进剂的压强耦合响应函数受振荡频率影响较小,维持在0.80±0.13;该旋转阀方案可行和可靠。

阻尼环对固体火箭发动机热声振荡的影响

为了有效解决推进系统中热声压力振荡的危害问题,对热声压力振荡的抑制特性进行系统研究。基于固体火箭发动机设计一种平面火焰圆柱形燃烧室实验装置,根据此实验系统,开展阻尼环及其安装位置对热声压力振荡抑制影响的实验,并通过理论计算对实验规律进行了验证。结果显示:无阻尼环时燃烧室内激发出频率为115 Hz,振幅为119 dB的1阶压力振荡;安装阻尼环后使得1阶压力振荡幅值减小至81 dB,降低约32%,但同时也激发出较弱的高阶振荡;当阻尼环向燃烧室出口移动,1阶压力振荡幅值进一步减小,降低约13%,而高阶模态振荡幅值略有增加。理论计算结果与实验规律吻合较好,表明:阻尼环增加系统阻尼,从而有效抑制了热声压力振荡;且阻尼环靠近出口处阻尼更大,抑制效果更明显。