喷嘴式隔板与纵向肋式隔板阻尼效应分析

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1、第39卷第3期。火箭推进V01．39，No．32013年6月JOURNALOFROCKETPROPULSIONJun．2013喷嘴式隔板与纵向肋式隔板阻尼效应分析郭灿琳，卢钢，陈建华，吴海波(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：利用声学模型和单喷嘴声学模拟试验研究了喷嘴式隔板的耗散机理；用数值方法分析了纵向肋式隔板周围的涡流；用声学理论研究了纵向肋式隔板的声场。研究结果表明：选取合适的管间隙将会使喷嘴式隔板具有更好的稳定性作用；肋片周围是涡流产生的主要区域；肋高对燃烧室声学特性的影响远大于肋长。关键词：推力

2、室；燃烧不稳定；隔板；耗散机理；声阻抗中图分类号：V434．24—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2013)03—0032—06Analysisondampinge一ctofvibrationbaffleswithprotrudedinjectorsandlongitudinalribsGUOCan-lin，LUGang，CHENJian—hua，WUHai—bo(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Dissipati

3、onmechanismofvibrationbaffleswithprotrudedinjectorsisinvestigatedbyestablishinganacousticmodelandconductingasingleinjectoracousticsimulationtest．Thevortexaroundlongitudinalribsisanalyzedwithnumericalmethod．Basedonacoustictheory，thesoundfieldofvibrationbaffleswit

4、hlongitudinalribsisstudied．Theresultsshowthatthestabilityeffectofvibra—tionbaffleswithprotrudedinjectorsisbeRerthanthatofconventionalvibrationbafflesifappropriateclearanceischosen，themainareaproducingvortexisaroundlongitudinalribs，andforeffectona—cousticcharacte

5、ristic，theheightofribsismoreimportantthanthelengthofribs．Kcywords：thrustchamber；combustioninstability；vibrationbaffle；dissipationmechanism；a—cousticimpedance0引言燃烧不稳定是近10年来困扰液体火箭发动机技术发展的世界性难题⋯。大多数型号研制中都出现过不稳定振荡，所以燃烧不稳定一直是高性能火箭发动机的主要研制风险之12]。近10年来，众多学者致力于该领域，研究的最终

6、目的是收稿日期：2012—12—24；修回日期：2013—01—10作者简介：郭灿琳(1985一)，女，工程师，研究领域为液体火箭发动机推力室技术第39卷第3期郭灿琳，等：喷嘴式隔板与纵向肋式隔板阻尼效应分析33对燃烧不稳定作深入了解，把幅值控制在可接受的水平。就目前研究成果看来，主要有两种控制方法：一是主动控制；二是被动控制。主动控制㈣方法是针对燃烧不稳定设计负反馈回路，控制燃烧不稳定，近10年来，主动控制已受到相当多关注。由于缺乏对内部过程的认识，尽管主动控制看来很有希望，但成功应用于大型系统还只是假想，许多研究工

7、作有待完成。被动控制【3】则是指隔板、谐振器和声衬等防振措施。被动控制的要点是使谐振发生在一定频率范围内，在该频率范罔内驱动机理不足以维持振荡或直接阻尼非稳态运动的机械能。隔板作为一种有效抑制高频燃烧不稳定的常规被动控制装置，在各种大型液体火箭发动机推力室得到了广泛应用。在燃烧室中设置隔板在于破坏谐振产生的条件，对振荡产生阻尼，改变燃烧室的声学特性。液氧煤油补燃发动机推力室中采用了喷嘴式隔板，它由喷嘴按一定规律排列而成。隔板喷嘴间存在一定问隙，其阻尼效应及稳定性作用都与常规隔板不尽相同。此外，燃烧室中设置的纵向肋式隔板

8、也值得关注。国内对这类隔板的应用和研究刚刚起步：通过声学分析和数值方法，对喷嘴式隔板与纵向肋式隔板的耗散机理进行初步研究。13种类型隔板比较1950年，Isayev为燃烧不稳定的大型推力室研究十字形冷却隔板，这是苏联第一个隔板，据报道非常成功14I。到20世纪70年代后期，冷却隔板也应用到了美国大部分发动机中。从第一个隔板的出现到