混合室对零二次流环形超声速引射器性能的影响

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1、第37卷第3期火箭推进V01．37．№．3混合室对零二次流环形超声速引射器性能的影响范威-，栾希亭z，韩先伟1，邓永锋1(1．西安航天动力研究所，西安710100；2．西北工业大学，西安710072)摘要：采用二维轴对称雷诺平均方程和SpaIart—Allmaras湍流模型，研究了不同混合室结构对零二次流环型超声速引射器的流场结构、盲腔真空度和引射器出口总压力等性能的影响，较好地模拟了引射器内由激波、边界层干扰诱导的复杂流场特性。结果表明，在收敛混合室前端增加适当长度的平直段可大大提高零二次流环型超

2、声速引射器的性能。关键词：零二次流；超声速引射器；混合室；数值模拟中图分类号：V434．13—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2011)03—0022—05Effectsofmixingchamberstructureonperformanceofzero．．second．．flowannularsupersonicejectorFANWeil，LUANXi—tin92，HANXian—weil，DENGYong—fen91(1．Xi’anAerospacePropulsionIns

3、titute，Xi’an710100，China；2．NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)Abstr∽t：Theinfluencesofdifferentmixingchamberstructuresonflowfieldstructure，vacuuminblind．cavityandtotalpressureatejectoroutletoftheZero—second—flowannularsupersonicejecto

4、risinvestigatedbyusingtwo．dimensionalaxisymmetricNavier—StokesequationsandSpalart-AllmarastIlrbulentmodel．Thecharacteristicsofcomplexflowfieldinducedbybothshockwavesandtheboundarylayerarecommendablysimulated．TheresultsshowthattheperformanceofZero—sec—o

5、nd-flowannularsupersonicejectorisremarkablypromotedwhenatubeisaddedatfrontendoftheconvergentmixingchamber．Kcyworcis：zero—secondflow；supersonicejector；mixingchamber；numericalsimulation收稿日期：2010一11—09；修回日期：2010—11—24基金项目：国家航天技术支撑项目作者简介：范威(1985一)，男，硕士，研究领

6、域为等离子体发生器真空差分单元设计等第37卷第3期范威，等：混合室对零二次流环形超声速引射器性能的影响230引言利用超声速射流的引射增压作用可以实现一定的真空度，它可取代庞大复杂的真空设备，模拟发动机等的排气反压和环境压力条件⋯，已经在火箭发动机高空模拟试验系统(2】、亚燃冲压和超燃冲压的地面试验系统[3】，以及高能激光器、高能束引出设备等压力恢复系统中得到了广泛应用[4,51。超声速引射器中的混合室是将引射气体与被引射气体充分混合的场所。对于大多数二次喉道超声速引射器都采用直接收缩式的混合室结构，

7、而对于长时间工作零二次流环形超声速引射器来说，影响可靠启动、工作可靠性和盲腔压强的因素非常复杂，既与引射喷管的参数有关，也与混合室、二次喉道和亚扩段所构成的扩压器扩压性能有关。针对小尺寸、高性能和高稳定性的要求，有必要对引射器的混合室结构进行改进，以提高引射器的引射性能，减小引射器的轴向尺寸。本文采用数值模拟方法，重点研究零二次流环型超声速引射器不同混合室结构对性能的影响。1物理模型与计算方法本文研究超声速空气引射器，引射介质为500K的热空气，理想气体，没有考虑引射空气超声速膨胀时的气体冷凝问题。

8、由于所研究的零二次流环型超声速引射器的几何结构和流场结构均具有轴对称特征，因此采用二维轴对称雷诺平均Navier—Stokes方程，湍流模型采用Spalart—Allmaras模型(简称S—A模型)。采用的环型超声速引射器结构如图1所示，包括环型超声速喷管、混合室、二次喉道和亚声速扩压段组成。本文计算时在保持引射器来流条件相同的情况下，考察改变混合室结构参数时，引射器内流场变化的特性，引射器的设计参数见表1所示。Supersonicejectingnozzle图1环型