水下固體火箭發動機的負推力現象研究①

唐嘉寧，李世鵬，王寧飛

(北京理工大學宇航學院，北京 100081)

水下固體火箭發動機的負推力現象研究①

唐嘉寧，李世鵬，王寧飛

(北京理工大學宇航學院，北京 100081)

針對水下固體火箭發動機工作環境壓強高的特點，結合固體推進劑的燃燒特性，采用UDF方法定義噴管入口邊界條件，建立了固體推進劑燃氣質量生成與水下超音速氣體射流的耦合計算模型。將該模型的計算結果與水下固體火箭發動機的實驗測量結果進行對比，驗證了該模型的合理性。研究發現，水下固體火箭發動機在點火初期會出現負推力現象，負推力產生的原因是發動機點火初期，噴管內被過度壓縮的燃氣沖出噴管后，在噴管尾部形成一個超音速燃氣泡，超音速流動使泡內壓強降低;同時受到流動慣性作用的影響，氣泡持續膨脹使泡內壓強進一步大幅降低，發動機前后端面上的壓差最終導致負推力現象產生。

水下固體火箭發動機;負推力;水下氣體射流;多相流

0 引言

固體火箭發動機以其結構簡單、操作使用方便、快速反應能力強等突出優點，成為各類主動攻擊型深海武器的首選動力。發動機在水下工作時，由于外部水介質的密度大、環境壓強高等特點，使其工作過程變得極為復雜［1］。例如，發動機點火后，水環境的慣性作用嚴重制約噴管內氣體的噴出，可能使發動機工作故障或失敗;高速燃氣射流與周圍水環境之間的相互作用，導致推力難以預估;深水情況下推力和阻力存在耦合關系，使得深水工作推進系統的實際推力與理論計算值相差較大;深水發動機推力損失異常，難以用簡單的背壓變化機理解釋等。……