同轴剪切喷嘴高频喷注耦合燃烧不稳定分析

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1、第40卷第3期2014年6月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．40．No．3Jun．2014同轴剪切喷嘴高频喷注耦合燃烧不稳定分析田原，李丹琳，孙纪国，乔桂玉(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：同轴剪切喷嘴在大推力氢氧发动机及液氧甲烷发动机上得到了广泛的应用，研究表明，当同轴剪切式喷嘴的中心氧喷嘴喷注过程与燃烧室的声学振荡发生耦合时，容易发生高频喷注耦合燃烧不稳定。高频喷注耦合燃烧不稳定一般无法通过隔板、声腔等传统燃烧稳定装置解决，需要在设计喷注器时采取相应措施。通过求解喷嘴导纳得到了喷嘴的固有声学频率，并与冷态声学试验结果和缩比喷注器热试结果进行了对

2、比，表明吻合较好。研究了氧喷嘴长度、氧喷孔环直径、氧喷前温度和氧喷前压力等因素对氧喷嘴声学频率的影响，结果表明：增大氧喷孔环直径、提高氧喷前压力以及减小氧喷嘴长度、降低氧喷前温度可以提高氧喷嘴声学频率。关键词：同轴剪切喷嘴；燃烧不稳定；喷注耦合中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014)03—0023—06Instabilityanalysisonhigh--frequencyinjection--coupledcombustionofshearcoaxialinjectorTIANYuan，LIDan-lin，SUNJi—guo，QtAOGui-yu(Be

3、ijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Ab{由锨：Shearcoaxialinjectoriswidelyusedinhighthrusthydrogen／oxygenandLOX／LCI-Lengines．Accordingtoinvestigation，thehigh—frequencyinjection—coupledcombustioninstabilityiseasytohappenwhentheinjectionprocessofthecentraloxygeninjectoriscoupledwithacous

4、ticoscillationinchamber．Thisinstabilitycannotbeeliminatedwithbaffleoracousticcavity，butcanbeavoidedbycleverdesignofinjector．Inherentacousticfrequencyofoxygeninjectorwasobtainedbycomputingadmittanceofinjector，andcomparedtotheresultsofcoldstateacousticexperimentandsubscaleinjectorhot-firetest．Theircon

5、sistencyisquitegood．Theeffectsofoxygeninjectorlength，oxygeninjectororificediameter，oxygentemperature，oxygenpressureonacousticfrequencyofoxygeninjectorareinvestigatedonthisbasis．Theresultsindicatethattheacousticfrequencyoftheoxygeninjectorcanbeimprovediftheoxygeninjectororificediameterisenlarged，theo

6、xygen收稿日期：2014—01—12；修回日期：2014—04—16基金项目：国防基础科研计划项目(B032011．0012)作者简介：田原(1979一)，男，高级工程师，研究领域为液体火箭发动机燃烧装置设计24火箭推进2014年6月pressureisincreased，theoxygeninjectorlengthisdecreasedortheoxygentemperatureisloweredSomesuggestionsoninjectordesignaregiven．Keywords：shearcoaxial画ector；combustioninstability；inject

7、ion—couplingO引言燃烧不稳定性是液体火箭发动机研制过程中经常遇到的重大技术关键问题，依据燃烧室内压力振荡频率范围和激发机理可分为高频、低频及中频燃烧不稳定三类，其中高频燃烧不稳定性对发动机的危害最严重。高频燃烧不稳定是燃烧过程与燃烧室声学振荡相耦合的结果，燃烧过程通常包括喷注、雾化、蒸发、混合、化学反应等子过程。高频燃烧不稳定依据反馈机理又可以分为两类，固有机理燃烧不稳定和喷注耦合燃烧