射流推力矢量喷管中粒子运动轨迹的数值模拟

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1、第37卷第2期2011年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSl0NV01．37．№．2Apr．201l射流推力矢量喷管中粒子运动轨迹的数值模拟宋亚飞，高峰，曾华，文科(空军工程大学导弹学院，陕西三原713800)摘要：用颗粒轨道模型对基于激波控制的二维收缩一扩张(2一DcD)喷管中的气固两相流动进行了数值模拟，研究了1～60“m不同直径颗粒的运动轨迹。研究表明，颗粒尺寸越小，粒子的随流性越好；颗粒尺寸越大，主流中的粒子与收缩段壁面碰撞越剧烈，无粒子区越大，二次流中的粒子对下壁面的碰撞越剧烈。关键词：固体火

2、箭发动机；射流推力矢量喷管；两相流；数值模拟中图分类号：V435—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f20l1)02—0048一05Numericalsimulationofparticletrajecto巧innuidicthmstvectornozzleSONGYa-fei，GA0Feng，ZENGHua，WENKe(MissiIeInstimte，AirForceEn酉neemgUniversi饥Sanyuan713800，China)Abs咖Ict：Thenumericalsimulationofgas—

3、s01idt、)l，o_phasenowinnuidicthmstVectornozzlebasedonshockwavecon仃olwascamedoutwithapanicle仃ajecto巧model．ThemoVingtrajecto巧ofparticleswhosediametersare丘om1斗mto60斗mwasstudied．Theresearchresultshowsthatthesmallertheparticleis，thebetterthenowingpropertybecomes；thebigge

4、rtheparticlesizeis，themoreVi01entthec01lisionbe觚eenmeparticlesinthemainnowandthewaUinconVergentregionoc—curs；andthela玛ertheregionwithoutanyparticleis，themoreseriousthecollisionbe锕eenthepani—clesinthesecondnowandlowerwaUinthenozzlebecomes．Kl，words：solidrocketengine；

5、fluidicthmstvectornozzle；two—phasenow；numericalsinmla一“on0引言推力矢量控制技术不但可有效提高飞行器的机动性能，减小飞行器阻力和重量，提高隐身能力，安全性和生存能力，而且能显著提高作战效能。根据实现方法，推力矢量控制系统大致可分为两类：机械调节式推力矢量控制和流体推力矢量控制。射流推力矢量(Fluidicthmstvectoring，F1Ⅵ通过引入二次射流使喷管主流发生偏转以产生矢量推力。与机械式推力矢量喷管相比，射流推力矢量喷管以其结构简单、重量轻、易于维收稿日期：2

6、010—12一02：修回日期：2011一叭～04作者简介：宋亚飞(1988一)，男，硕士研究生，研究领域为航空宇航推进理论与工程重：：童垂!塑童些：坠篁i墅塞堡垄叁苎堕星!墼三堡垫竺篁墅墼堡堡丝竺护、系统响应快，隐身性能好等优点而成为国内外航空航天技术的热点。按作用机理可将射流推力矢量喷管分为流体四种基本类型：激渡矢量控制(sh∞kv舶mrcon咖I，svc)、喉道偏移法(nr呻Iske埘驱，1萄、逆流矢量控制(counk—Ⅱ0呐和同向流矢量控制忙o_na计”气其中激渡矢量控翩喷管(图I)是一种先进的采用流体控制推力矢量方向

7、的新型矢量喷管方案。该方案是在唼管扩张段开孔或开缝，不对称地射人二次流．由二次流产生的激渡迫使主流偏转．从而使喷管获得推力矢量偏转。图l澈渡矢量控制原理HgI％ⅢplcdshkY⋯加世纪90年代后期．NAsAf美国航空航天局1兰利研究中心针对二Ji收敛一扩张喷管进行了一系列流体控制方案试验．试验时重点研究了开孔形状、开孔位置、注气压强和注气流量等参数对喷营性能的影响。与试验相对应，还同时发展了多种数值计算方法．取得了。j试验研究相一致的结果。国内对二次喷射流与主流干扰流场激波结构进行了不少风洞试验研究和数值模拟研究”“q。但

8、关于两相流条件下射流推力矢量喷管内流场研究的报道却很少，本文以基于激渡矢量控制的二维收缩一扩张(2一DcD)喷管为对象．采用颗粒轨道模型对不同尺寸固体颗粒在射流推力矢量喷管中的运动轨迹进行了数值模拟。1数学模型假设固体火箭发动机射流推力矢量喷管内流场为定常。对于颗粒相为球形．采用颗粒轨道模