微型固體姿控發動機微噴管內氣粒兩相流動規律的CFD-DSMC研究①

夏廣慶，張 斌，孫得川，陳茂林，3

(1.大連理工大學工業裝備結構分析國家重點實驗室，大連 116024;2.中國航天科工集團公司第九總體設計部，武漢 430040;3.西北工業大學燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

微型固體姿控發動機微噴管內氣粒兩相流動規律的CFD-DSMC研究①

夏廣慶1，張 斌2，孫得川1，陳茂林1，3

(1.大連理工大學工業裝備結構分析國家重點實驗室，大連 116024;2.中國航天科工集團公司第九總體設計部，武漢 430040;3.西北工業大學燃燒、熱結構與內流場重點實驗室，西安 710072)

微型固體姿控發動機在航天領域具有廣泛的應用前景。以基于MEMS技術的微噴管為研究對象，首先通過計算微噴管中的克努森數，得到了微噴管中的氣相流動狀態;然后，采用CFD-DSMC方法，模擬了微噴管中的氣粒兩相流動，并研究了顆粒相質量分數和粒徑對氣相流動的影響。結果表明，在所研究的來流條件下，微噴管中的連續介質假設是成立的;氣相與顆粒相間的動量和能量交換，導致氣相馬赫數降低、溫度升高，同時也導致顆粒相速度增加、溫度降低;顆粒相質量分數和粒徑均能顯著影響氣相的馬赫數和溫度。

微型固體姿控發動機;微噴管;CFD;DSMC

0 引言

固體姿控發動機結構簡單、可靠性高，在有效提高飛行器機動性能的同時，還能縮短控制系統的響應時間。因此，在國內外已得到了廣泛的研究和使用［1-2］，其典型代表如使用180個固體姿控發動機作為末端控制裝置的美國增程攔截彈ERINT-1。微型固體姿控發動機除具備以上優勢外，以其在小型航天器上所具有的廣泛應用前景，更成為當前的一個研究熱點，其代表如基于MEMS技術的固體微推力器及其陣列［3-6］。……