井下火箭发射燃气对消音层冲蚀损伤模型及特性

井下火箭发射过程中消音层在发动机高温、高速燃气流作用下存在冲蚀损伤,会影响火箭发射安全,系统分析消音层燃气冲蚀损伤特性,对消音层的后期修复以及地下井结构优化具有重要意义。消音层冲蚀损伤是复杂的热-流体-固体多场耦合问题,以典型玻璃丝棉消音层为例,建立玻璃丝棉相变传热和烧蚀损伤数学模型;基于燃气流场数据提取与预处理、插值程序编写和有限元分析软件Abaqus用户子程序开发,搭建消音层燃气冲蚀损伤仿真平台,采用子模型技术,建立玻璃丝棉烧蚀数值仿真模型;对玻璃丝绵烧蚀过程进行仿真,并分析地下井井筒直径、燃气射流初始冲击高度及发动机建压速率3个因素对玻璃丝棉烧蚀损伤的影响;通过玻璃丝棉原理性冲蚀试验对数值仿真模型进行验证。结果表明:玻璃丝棉普遍发生烧蚀,且主要发生在回流和失稳阶段,沿地下井周向分布差异较小,沿轴向越靠近底部烧蚀越严重;减小井筒直径或增大建压速率将加剧烧蚀,增大冲击高度会减少烧蚀;试验结果显示玻璃丝棉都有一定的烧蚀,证明建立的仿真模型是正确的。