单喷嘴气-气喷注器推力室燃烧流场相似性

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1、第31卷第8期2010年8月航空学报ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTlCASINICAV01．31No．8Aug．2010文章编号：1000一6893(2010)08—1538—08单喷嘴气一气喷注器推力室燃烧流场相似性汪小卫，高玉闪，金平，蔡国飙(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)SimilarityofCombustionFlowfieldinaSingleElementGas—gaslnjectorChamberWangXiaowei，GaoYushan，JinPing，

2、CaiGuobiao(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)摘要：设计了单喷嘴容热式气一气喷注器推力室，喷注器采用同轴剪切式，氢气／氧气作为推进剂。在同一燃烧室采用了0．92～6．10MPa范围内7个室压丁况，并在同一室压下采用不同燃烧室尺寸工况进行了试验研究，在变化室压和推力室尺寸时，推进剂种类、温度、混合比和喷注速度保持不变，燃烧室尺寸变化时保持几何相似，采用燃烧室壁面

3、测温方法对比了不同工况下内流场的相似性。研究结果表明：不同室压和不同推力室尺寸工况下的推力室内流场具有相似性。关键词：相似；燃烧；全流量补燃循环；气一气喷注器；单喷嘴中图分类号：V434文献标识码：AAbstract：Single-elementshear-coaxialinjectorheatsinkchambersaredesignedwithshear-coaxialinjectors．Gaseoushydrogenandgaseousoxygenarechosenaspropellants．Hot-

4、firetestsatsevenchamberpressuresfrom0．92to6．10MPaareconductedinthesamechamber，andtWOgeometricallysimilarchambersaretestedatthesamechamberpressure．Whenthechamberpressureandthechambersizechange。thepropellanttern—peratures，mixtureratio，andtheinjectionvelociti

5、esarekeptconstant．Walltemperaturemeasurementsareutilizedtocomparethecharacteristicsofthecombustionflowfieldsinthetests．Theresultsindicatethatthecombustionflowfieldsofdifferentchamberpressuresandchambergeometriesareactuallysimilar．Keywords：similarity；combus

6、tion；fullflowstagecombustioncycle；gas-gasinjector；singleelement从开发火箭技术以来，液体火箭发动机推力室缩尺技术就一直是具有相当难度和争论性的课题。然而，在发动机的研制过程中，应用缩尺技术的价值是巨大的，可以节约大量成本、周期和降低风险等[1]。S．S．Penner在20世纪50年代就对液体火箭发动机燃烧室缩尺技术开展了一定的理论研究[1≈]，但由于历史等原因，自从那以后一直缺乏进展，直到近几年才被重新研究[3．5]。从20世纪90年代以来，全流

7、量补燃循环(FFSC)发动机由于其本身的高性能和高可靠性优势备受关注[6]。在FFSC发动机中推进剂以气态形式喷入主推力室中，带来了大发动机中的新组件——气一气喷注器。尽管气一气喷注器技术作为FFSC的关键技术之一，在国内外已开展了大量的气一气燃烧机理研究和气一气喷注器设计方面的工作[7-163，但针对气一气燃烧室缩尺技术方面的研究未见报道。FFSC发动机中主推力室在额定工况下，室压在20MPa以上，流量超过450kg／s，收稿日期：2008—07—12；修订日期：2009—12—19基金项目：国家“863

8、”计划(2007AA702)通讯作者：蔡围飙E—mail：cgb@buaa．edu．cn且燃烧室尺寸大。如果能够开发出可行的缩尺技术，就能够节约大量成本和缩短研制周期，并具有普遍的应用性。文献[3]～文献[5]对液体火箭发动机燃烧室缩尺技术研究进行了归纳总结和概括性的讨论，并进行了事例分析，提到因为在燃烧室中几乎所有的主要设计需求(包括性能、稳定性和相容性)都源于喷注器，缩尺技术显著地依赖于喷注过程；燃烧过程是理