粒子侵蝕模型及粒子侵蝕下絕熱材料燒蝕數值計算①

徐義華，張燕海，楊玉新，曾卓雄，胡春波

(1.南昌航空大學 飛行工程學院，南昌 330063；2.西安航天動力技術研究所，西安 710025；3.西北工業大學 燃燒、流動及熱結構重點實驗室，西安 710072)

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粒子侵蝕模型及粒子侵蝕下絕熱材料燒蝕數值計算①

徐義華1，張燕海1，楊玉新2，曾卓雄1，胡春波3

(1.南昌航空大學 飛行工程學院，南昌 330063；2.西安航天動力技術研究所，西安 710025；3.西北工業大學 燃燒、流動及熱結構重點實驗室，西安 710072)

從粒子動力學參數出發，分析了粒子與炭化層相互作用機制，導出計算粒子對炭化層作用力，再根據強度理論，推導出粒子對炭化層的侵蝕模型。應用該模型，對實驗發動機中粒子侵蝕下的絕熱材料燒蝕進行了數值計算，計算中采用了燃氣流動與燒蝕耦合計算方法，計算結果與實驗結果基本一致，表明所建立的粒子侵蝕可用于固體火箭發動機中粒子侵蝕下絕熱材料燒蝕的預估。

航天推進系統；粒子侵蝕模型；絕熱材料；燒蝕；數值計算

0 引言

隨著高能復合推進劑的推廣使用，固體火箭發動機燃氣中含有大量的凝相粒子，粒子侵蝕作用不容忽視，尤其是導彈在飛行過程中，高速旋轉及急轉彎飛行時或在固體火箭發射時出現的高過載，以及某些復雜裝藥形式造成的高溫稠密粒子流，將進一步加劇粒子侵蝕的作用[1]。因此，在固體火箭發動機熱結構設計中，必然要考慮粒子侵蝕效應來預估絕熱層厚度。目前，在較多的粒子侵蝕模型中，多半是由實驗得來的經驗關系式[2-6]或是直接引用管道顆粒侵蝕模型[7]，在應用上存在一定局限性。……