硬质隔板双脉冲发动机内流场仿真研究

摘要： 基于脉冲隔板总开孔面积一定的情况下， 研究了不同级间开孔形式对一脉冲壳体绝热层烧蚀和流动损失的影响， 对带硬质隔板的双脉冲发动机进行了内流场数值计算。 结果表明： 隔板背壁区涡流会加重绝热层烧蚀， 燃气再附着点附近烧蚀情况最严重； 改变开孔形状和布局对隔板流动损失影响不大， 但优化开孔倒角设计可改善隔板孔流通能力； 减小隔板外缘孔径并加开隔板中心孔能有效减轻绝热层烧蚀。

关键词： 固体火箭发动机； 双脉冲； 硬质隔板； 流场； 数值模拟

中图分类号： V435文献标识码： A文章编号： 1673-5048（2015）03-0051-03

The Simulation Study of Inner Flow Field for DualPulse

Solid Rocket Motor with Rigrid Clapboard

Bai Taotao1， Mo Zhan1，2， Zhang Yuefeng1， Fang Lei1， Sun Zhenhua1， Wang Hugan1，2

（1.China Airborn Missile Academy，Luoyang 471009，China；

2. Aviation Key Laboratory of Science and Technology on Airborne Guided Weapons， Luoyang 471009， China）

Abstract： Studying on the influence of different interstage ports on the ablation of firstpulse’s insulator and flow loss under the same total area of interstage ports，the numerical simulation of inner flow field is applied to dualpulse solid rocket motor with rigrid clapboard. The results show that the backward eddys can enhance the ablation of insulator， and there is the worst ablation at reattachment point. The change of the shape and position of interstage ports have little effect on the flow loss of clapboard， but the optimal design can improve the intake capacity of interstage ports. Reducing the diameter of outer ports and increasing central port can weaken ablation effectively.

Key words： solid rocket motor； dualpulse； rigrid clapboard； flow field； numerical simulation

0引言

导弹采用双脉冲发动机具有射程更大、 末端速度更高和机动性更强等优势[1-2]。 常见的双脉冲发动机多为隔板式， 隔板又分为硬隔板和软隔板两种[3]。 在研究硬质隔板的过程中发现， 设计级间隔板开孔布局、 形状和大小时不但要考虑隔板承

收稿日期： 2015-03-20

基金项目： 国家自然科学基金资助项目（11402283）

作者简介： 白涛涛（1983-）， 男， 河南洛阳人， 硕士研究生， 研究方向是固体火箭发动机仿真。

压性能和打开性能， 而且要考虑到点火装置布局、 发动机热防护和流动损失的影响[4-5]， 一旦隔板设计不合理， 很容易造成发动机壳体的热防护失效[6-7]。

本文针对某双脉冲固体火箭发动机， 在总开孔面积一定时对硬质隔板采用不同开孔形状和布局情况下的内流场进行了数值计算， 分析了其对发动机绝热层烧蚀和流动损失的影响。

1物理模型与计算方法

1.1物理模型

1.1.1双脉冲发动机物理模型

本文涉及的双脉冲发动机物理模型如图1所示， 具体由以下几部分组成： 一脉冲、 第1点火装置、 隔板结构、 二脉冲、 第2点火装置和喷管。

图1双脉冲发动机模型

1.1.2隔板结构模型

本文涉及的三种隔板几何模型如图2所示。 三种隔板结构的总开孔面积相等， 开孔形式和布局方式有所不同， 其中结构A在隔板上开了8个周向均布的等面积花瓣形孔； 结构B在隔板上开了24个周向均布的等面积圆孔； 结构C在结构B基础上将安装点火器的位置改为中心孔， 减小了最外层孔面积， 并对所有孔都进行倒角设计。

图2多脉冲隔板开孔形式

1.2计算方法

1.2.1基本假设

由于多脉冲发动机燃烧室内的流动是一个相当复杂的物理和化学过程， 为简化计算， 本文模型基于如下假设：

（1） 在燃烧室内流动过程中， 均不再发生化学反应， 也忽略热辐射的作用；

（2） 不考虑侵蚀燃烧效应的影响和内壁面烧蚀作用；

（3） 假设颗粒为球形， 不考虑颗粒的蒸发、 挥发、 破碎、 燃烧和反应；

（4） 粒子的体积比小于0.1， 属于稀疏悬浮流动。