頭部空腔對固體火箭發動機壓強振蕩抑制作用的數值研究①

張 嶠，李軍偉，蘇萬興，張 雁，王寧飛

(北京理工大學 宇航學院，北京 100081)

0 引言

不穩定燃燒是固體火箭發動機研制過程中常遇到的棘手問題之一。早期的固體火箭發動機大多用于戰術導彈，有50%以上的發動機存在不同程度的不穩定燃燒現象，輕則引起內彈道曲線異常，重則引起發動機爆炸，導致災難性后果［1］。20世紀70年代開始，為了提高能量，在固體推進劑中加入鋁粉等金屬燃料，其燃燒產物對高頻不穩定燃燒有很強的抑制作用，基本清除了不穩定燃燒現象［2］，之后國內的相關研究工作趨于停滯，國外對戰術發動機不穩定燃燒的研究報道也較為罕見。

航天推進、火箭導彈技術的發展對固體火箭發動機提出了高裝填、大推力比、初始大推力、低特征信號(采用無鋁推進劑)等要求，這對不穩定燃燒的研究提出新課題。國外大型運載火箭的助推器相繼使用大型分段式固體火箭發動機。這些發動機的共同特點是軸向長度長、且長徑比大(大于10)，裝藥復雜并存在許多突變截面，段與段之間還裝配絕熱環［3－5］。

由于聲振頻率很小，根據經典微粒阻尼理論，顆粒抑制劑粒徑須達到幾百微米，這是不易實現的。其次，大長徑比發動機最顯著的特點是極易在內流場中產生旋渦脫落，渦/聲耦合、渦/噴管耦合、分布燃燒等諸多增益因素在此工況下作用顯著［6－7］。此流場條件下，加入顆粒有時甚至會使得壓強振幅加強［8］。因此，傳統的微粒抑振理論無法對工程起到充分的指導作用。……