喷管分离流动模态转换过程壁压测量试验

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1、第4l卷第5期火箭推进V01．41，№．52015年10月JOURNALOFROCKETPROPULSIONOct．2015喷管分离流动模态转换过程壁压测量试验王一白，陆星宇，李波，刘宇(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：为了研究推力最大抛物线(TOP)喷管在不同工作压强下流动分离过程中分离模态间的转换过程，确定其压强分布特点和模态转变发生的临界压强比，对一个TOP喷管进行了多个压比下的冷流试验。通过采集不同位置上的壁面压强，初步确定开机阶段自由激波分离向受限激波分离模态转换发生的喷管压强比(削翟，喷管局部压强与环境压强之比)在17．61～18．49之间，捕捉到了转变过程中

2、的压强不对称现象，并且发现在受限分离激波下游的局部壁面压强高于环境压强。为了获得更多流场细节，用雷诺平均(RANS)方法对实验模型进行了数值模拟，与试验结果最大误差不超过5％，证实了试验中获得的压强分布确实对应了不同的分离模态。关键词：火箭发动机喷管；流动分离；TOP喷管；壁面压强；试验中图分类号：V431—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015)05—0101—05TestofwallpressureduringtransitionofflowseparationmodesinnozzleWANGYibai，LUXingyu，LIBo，LIUYu(SchoolofAst

3、ronautics，BeijingUniv．ofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Ab啦阿lct：Coldflowtestingexperimentsforwallpressureofathrustoptimizedparabolic(TOP)nozzlewereconductedatdifferentnozzlepressureratiostostudythetransitionprocessatdifferentflowseparationmodesinTOPnozzles，andtoensurethecharacterist

4、icsofthepressuredistributionandthecriticalpressureratioofseparationmodetransition．Thewallpressureofdifferentpositionswasmeasured．Theresultshowsthatthetransitionfromfreeshockwaveseparationtorestrictedshockwaveseparationhappensinthenozzlepressureratio(NPR，ratiooflocalnozzlepressuretoambientpressure)

5、rangeof17．61-18．49．Theasymmetricalpressuredistributionphenomenonduringthetransitionwascaptured．Itwasalsofoundthatthelocalwallpressureintensityatdownstreamoftherestrictedseparationshockwavewashigherthantheambientpressure．NumericalsimulationWaSconductedwithReynoldsAveragedNavier-Stokes(RAMS)methodto

6、getmoredetailsoftheflowfield．ThemaximumerrorcomparedwiththemeasuredwallpressureiSnomorethan5％，which收稿日期：2015—01--08；修国日期：2015-03—10作者简介：王一白(1976一)，男，博士，研究领域为航空宇航推进理论与工程102火箭推进2015年10月provesthatthemeasuredpressuredistributionsiscorrespondingtodifferentflowseparationmodesKeywords：rocketenginenozzle；

7、flowseparation；TOPnozzle；wallpressure；experiment0引言对高性能火箭发动机的需求推动了高性能喷管的发展，而高性能喷管主要是通过提高喷管出口与喉部截面的面积比实现的【1】。大面积比的喷管在开机阶段会经历过膨胀，流动在喷管壁面上发生分离。在J一2S【2]，SSME[3j，LE一7A141以及Vul—cain[51等发动机的研发过程中都发现这种流动分离常常是非对称且不稳定的。这种非