空氣渦輪火箭發動機內外涵氣流摻混研究①

李 平，李文龍，何國強

(1.西北工業大學航天學院，西安 710072;2.西安航天動力研究所，西安 710100)

0 引言

空氣渦輪火箭發動機(Air Turbo Rocket/Ramjet，ATR)是一種適用于臨近空間飛行器的新型組合循環動力。ATR使用獨立于空氣來流的火箭燃氣發生器驅動渦輪帶動壓氣機吸入空氣，與驅動渦輪做功后的富燃燃氣在主燃燒室摻混燃燒。單組元或固體推進劑ATR易于應用，而凝膠肼單組元ATR則在保持高性能和易于控制等優勢的同時，可顯著改善安全性，具有較好的發展前景［1－3］。

混流燃燒室內富燃燃氣與空氣的高效摻混燃燒對于ATR性能至關重要。ATR摻混燃燒包括富燃燃氣與空氣在渦輪局部進氣條件下的高效均勻摻混及湍流流動中進行的劇烈化學反應。提高內涵富燃燃氣與外涵空氣摻混均勻度是混流燃燒室實現高效率燃燒最有效的途徑。富燃燃氣與空氣摻混不足，將導致點火壓力峰值過大，或出現低頻間歇性燃燒。

波瓣混流器是一種能在較短距離和較低壓強損失條件下，實現內外涵氣流高效摻混的強化混合裝置。新穎的流向渦強化混合機制，使其在航空航天領域得到較為廣泛的應用［4－9］。航空發動機排氣系統采用波瓣混流器降低排氣噪聲、抑制紅外輻射或提高推力增益。美國Aerojet公司、日本宇航科學研究所(ISAS)的ATR均采用波瓣混流器促進混合、改善燃燒，美國CFD RC公司和陸軍導彈指揮部(AMCOM)的研究也表明，波瓣混流器方案是一種有發展前景的高效摻混方案。

本文對無化學反應、均勻進氣條件下ATR混流燃燒室與尾噴管的內流場進行了數值計算，并與熱試車結果進行對比分析。……