涡轮排气管对箭底流动结构和气动加热的影响

以安装涡轮排气管和无涡轮排气管的四喷管液体运载火箭为研究对象,通过数值模拟的方法对箭体底部流动结构和气动加热展开分析,研究了涡轮排气管对箭底流动结构和气动加热的影响规律。基于三维多组分Navier-Stokes方程、RNG k-ε两方程湍流模型、热辐射方程,采用2阶迎风TVD格式离散,建立了运载火箭高空飞行阶段的燃气射流模型,将数值结果与实验数据进行对比,验证了所选用的模型和计算方法的有效性。研究表明涡轮排气管可以改变箭底温度场和流动结构;随着海拔高度的升高,涡轮排气管可以有效地降低箭底对流热流密度,从而起到降低温度的作用;相比于无安装涡轮排气管的运载火箭,箭底近壁面中心区域的压强略有降低,且有向涡轮排气管安装区域膨胀的趋势。

导流槽构型对火箭起飞时流场和声场的影响

为了研究四喷管运载火箭起飞时火箭周围噪声环境问题,建立燃气/空气双组分的可压缩流动模型,采用2阶Roe格式、SAS(scale-adaptive simulation)湍流模型和声学类比积分法Ffowcs-Williams Hawkings(FW-H)求解三维Navier-Stokes方程。以单机火箭的噪声问题为对象开展数值模拟,并将噪声数值计算结果与试验数据对比,误差在3 dB以内(相对误差小于1.6%),验证预测噪声方法的有效性,进而研究四喷管运载火箭起飞阶段采用不同导流槽构型对箭体舱段区域噪声环境的影响,结果表明:在相同噪声接收点处,单侧导流槽对应的总声压级比双侧导流槽大,两者的总声压级(OASPL)之差最大为10.7 dB。另外,当采用单侧导流槽时,沿周向接收点的噪声总声压相对单侧导流槽中心截面呈对称分布,而且沿导流出口方向逐渐增大。所建立的噪声数值方法为大推力捆绑运载火箭舱段的噪声环境预测及其控制提供一定参考。