大推力液氧煤油补燃发动机高频燃烧不稳定性的控制方法

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1、2011年第3期导弹与航天运载技术No．32011总第313期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo．313文章编号：1004—7182(2011)03—0016．04大推力液氧煤油补燃发动机高频燃烧不稳定性的控制方法李龙飞，陈建华，刘站国(西安航天动力研究所，西安，710100)摘要：针对大推力液氧煤油补燃发动机高频燃烧不稳定性问题，讨论了气液同轴式喷嘴、隔板和整流栅等主要控制方法及其控制机理。对喷注单元和隔板进行了声学实验，获得了气喷嘴长度、节流直径以及隔板高度、间隙等结构参数对燃烧室声学特性的影响规律。研究表明，合理设

2、计气液喷嘴和隔板可有效控制高频燃烧不稳定性；对未来重型运载大推力补燃火箭发动机的高频燃烧不稳定性控制方法以隔板和气液喷嘴为主，应采取流强分区、整流栅等技术措施。关键词：液氧煤油火箭发动机；高频燃烧不稳定性；推力室；控制方法中图分类号：V43文献标识码：AControlTechniquesofHighFrequencyCombustionInstabilityforHighThrustLOX／KeroseneStagedCombustionCycleEngineLiLongfei，ChenJianhua，LiuZhanguo(Xi’anAeros

3、pacePropulsionInstitute．Xi’all，7lOlOO)Abstract：TheprimaryavailablecontroltechniquesandprinciplesofhighfrequencycombustioninstabilityforhighthrustLOX／kerosenestagedcombustioncycleengine，suchasgas—liquidcoaxialinjector,baffleandtheperforatedgasdistributionplatewerediscussed．Ac

4、ousticmodelingtestsofsingleinjectorandbafflewererespectivelyconducted，andtheeffectsofthestructuralparameters(thelengthofinjector,throttlediameterandtheheightofbaffle，etc)oncombustionacousticscharacteristicswereobtained．Theresultsshowthatthereasonableconfigurationsofinjectora

5、ndbafflewereeffectivetocontrolhighfrequencycombustioninstabilityandthecontrolschemeofthehighthrustchamberofLOX／keroseneengineforthefutureheavyliftlaunchvehiclewasfinallygiven．KeyWords：LOX／kerosenerocketengine；Highfrequencycombustioninstability；Thrustchamber；Controltechniques

6、0引言高频燃烧不稳定性是液体火箭发动机研制中的一项重要而复杂的关键技术，也是型号研制最大的风险所在。美国F一1、俄罗斯RD一0110液氧煤油发动机，以及中国常规推进剂多个型号发动机在研制期间均出现了高频燃烧不稳定性问题【1J。它通常表现为声学耦合振型，是燃烧室内声学过程与推进剂的喷射、雾化、蒸发、混合和化学动力学等燃烧子过程中的一个或多个耦合的结果⋯。因此，国内外也主要从发动机声学特性和燃烧过程，以及高频燃烧不稳定性的控制方法开展基础研究【l~2】，但专门针对液氧煤油大推力高压补燃发动机的控制方法报道较少。本文介绍了大推力液氧煤油高压补燃发动机

7、的工作特点，系统论述了该发动机高频燃烧不稳定性的主要控制技术，针对未来重型运载液体火箭发动机的特点，讨论了大推力发动机高频燃烧不稳定性的控制方案，为中国重型运载火箭大推力发动机研制提供参考。1发动机的工作特点液氧煤油发动机具有无毒、密度比冲高、维护使用方便等优点，备受各国青睐并得到广泛使用，其中俄罗斯的RD．120、RD．170、RD．180、RD一191等代表了液氧煤油发动机的最高技术水平。这些发动机的显著特点是推力大、燃烧室压力高和富氧补燃循环方式。收稿口期：2010一tO．15；修回口期：2011-04—08基金项目：基础科研项目(B03

8、20110012)作者简介：李龙飞(1977．)，男，高级T程师，主要研究方向为液体火箭发动机喷雾燃烧第3期李龙飞等大推力液氧煤油补燃发动机高频燃烧不