某发动机喷管周围流场研究

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1、第39卷第5期火箭推进Vo!．39，No·52013年10月JOURNALOFROCKETPROPULSIONOct．2013某发动机喷管周围流场研究陈阳春，王爱华，汤建华(上海空间推进研究所，上海201112)摘要：运用FIuent流体动力学软件，采用结构化网格和RNGk-8湍流模型研究了热试车条件下，某带高温隔热屏发动机喷管周围及隔热屏上温度场的分布，计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明：推进系统热试车条件下，高温隔热屏各组成部分温度均在各自耐受温度以内；高温隔热屏能有效地将发动机羽流的对流及辐射

2、进行隔离，避免高温燃气对发动机周围的推进系统组件进行再加热。关键词：高温隔热屏；温度场；推进系统；Fluent软件中图分类号：V433。9—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2013)05-0041—05ResearchofflowfieldaroundnozzleofanengineCHENYang-chun，WANGAi—hua，TANGJian—hua(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai2012，China)Abstract：Thef

3、luiddynamicssoftwareFluent，structuredgfidsandRNG南一sturbulencemodelareusedinthispapertoresearchthetemperaturefielddistributionaroundthenozzlewithhigh--tem--peratureheatshieldandonthehigh—temperatureheatshieldofanengineundertheconditionofthegroundhottest．Th

4、ecalculationresultsagreewellWiththeexperimentalresults．Theresultsshowthat，undertheconditionofthegroundhottestofpropulsionsystem，thetemperatureofallpartsofthehigh．temperatureheatshieldiswithintheirheattolerance，andthehigh—temperatureheatshieldcaneffectivel

5、yisolatetheconvectionandradiationofengineplumeandcanavoidthepropulsionsystemcomponentsaroundtheenginefromheatingofhigh—temperaturegas．Keywords：high—temperatureheatshield；temperaturefield；propulsionsystem；Fluentsoftware0引言推进系统热试车是考核主要组件在系统上工作性能的有效手段，试车过程获得

6、的各类数据是推进系统各组件设计、改进和定型最具说服力的依据。热试车过程中，发动机喷出的高温羽流会对推进系统设备进行气动加热，若不能有效地将羽流对流及辐射热隔离，将严重影响推进系统其他组件试车时的工作性能，从而达不到试车目收稿日期：2013—04—16；修回日期：2013—07—15基金项目：中国航天科技集团公司支撑项目(2011JY01)作者简介：陈阳春(1982一)，女，硕士，研究领域为航天器热控制42火箭推进2013年10月的。因此，在对推进系统组件进行必要热防护的同时，更重要的是在喷管处引入高温隔热

7、屏来隔离发动机羽流对推进组件的对流及辐射。国外对羽流流场的实验研究开展较早㈣，在实验研究的基础上，国外还进行相关数值模拟研究闱；国内方面，北京航空航天大学张建华等在高超声速低密度风洞上开展羽流流场测量实验[5-6]，采用轴对称单组分DSMC方法对卫星姿控发动机喷管羽流流场进行了数值模拟。本文基于CFD技术，采用FLUENT软件，数值模拟了带有高温隔热屏的发动机喷管周围轴对称羽流流场及隔热屏上温度场的分布，得出了结论，为推进系统热试车提供理论依据，并通过真实试车数据进行了验证。1模型建立及计算方法1．1物理

8、模型图1为某发动机喷管及高温隔热屏示意图，高温隔热屏由3种不同的结构组成，分别为高温隔热屏喉部、裙部1和裙部2，各部分的组成材料见表1。计算时将高温隔热屏各材料的厚度及热特性参数根据经验或理论计算合理赋值。图1某发动机喷管及高温隔热屏示意图Fig．1Schematicofenginenozzleandhigh—temperatureheatshield表1试车试验高温隔热屏的各部分组成Tab．1Compositionofhig