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1、第28卷第4期航空学报Vol128No142007年7月ACTAAERONAUTICAETASTRONAUTICASINICAJuly2007文章编号:100026893(2007)0420821206塞式喷管推力模型的建立与实验验证琚春光,刘宇(北京航空航天大学宇航学院,北京100083)EstablishmentandExperimentComparisonofThrustModelsforPlugNozzleJUChun2guang,LIUYu(SchoolofAstronautics,BeijingUniversityofAeronautic
2、sandAstronautics,Beijing100083,China)摘要:为了能够方便快捷地对塞式喷管发动机的性能做出准确的预示,通过理论分析,结合塞式喷管的流场特征,提出了一种塞式喷管壁面压强分布的数学模型。在此基础上,分别建立了全长型和截短型的塞式喷管的推力模型。通过与实验的对比分析,模型与实验数据基本吻合,验证了塞式壁面压力分布的数学模型以及在此基础上建立的推力模型,可以作为塞式喷管发动机性能预示的有效工具。关键词:火箭发动机;塞式喷管;推力系数中图分类号:V435123文献标识码:AAbstract:Inordertoobtainthe
3、thrustperformancesofplugnozzlesrapidlyandcorrectly,amathematicalmod2elofthepressuredistributiononplugwallisestablishedbytheoreticalanalysiswithcombinationoftheflowphenomenainplugnozzles.Basedonthemathematicalmodel,thrustmodelsfortheplugnozzlewithfulllengthandtruncatedcentralbod
4、yareestablished.Throughcomparisonandanalysis,theresultsgotfromthemodelarequiteconsistentwithexperimentresults,implyingthatthemathematicalmodelofpressuredistribu2tionandthethrustmodelsareeffectiveandcanworkaseffectivetoolsintheperformanceevaluationofplugnozzles.Keywords:rocketen
5、gine;plugnozzle;thrustcoefficient对于传统的火箭发动机喷管,比如钟型或者结构,建立了塞式喷管发动机的壁面压力模型和锥型喷管,对其推力的计算一般采用2种方法:①推力模型。采用火箭发动机的理论公式来计算发动机的推1塞式喷管的流场结构特点力、比冲等性能参数;②利用数值模拟的方法,求解二维或者三维的N2S方程计算发动机的性能塞式喷管的一个重要的特点就是在不同的飞参数。塞式喷管发动机由于具有高度补偿特性,行高度下,燃气流都可以随着环境压力的变化调所以具有比钟型喷管高的性能,对塞式喷管的性整自己的膨胀状态,具有高度补偿特性。图1所
6、[123]能的预示和分析已有不少研究。示为数值模拟的塞式喷管在低空和设计点下工作对于塞式喷管发动机来说,由于其结构和流时塞锥表面压强的等值线图。动的复杂性,目前还没有专门的理论公式和模型当工作压比NPR小于设计压比NPRD时,去计算它的性能参数,比较常用的方法也是利用从主喷管出口点发出的一簇膨胀波,每经过一道[4]数值模拟的手段求解N2S方程。但是在每个膨胀波,气流的参数发生一个很小的变化,当通过工作压比NPR(定义为燃烧室压比与环境压力之最后一道膨胀波后,气流达到完全膨胀,压力等于比)下,数值模拟的计算量大,往往需要耗费大量环境压力,在理想条件下,
7、最后一道膨胀波之后的的时间,特别是对于多单元、截短的塞式喷管发气流流动呈现出一种有规律的连续的压缩2膨胀,动机。再压缩2再膨胀的流动状态。如图1(a)和(b)所所以为了能够立即对一台设计好的塞式喷管示为工作压比小于设计压比下的塞锥表面压强的发动机快捷方便地得出不同工作高度下的性能参等值线图,随着工作压比的逐渐增加,最后一道膨数,本文通过理论分析并且结合塞式喷管的流场胀波渐渐移向塞锥的终点。收稿日期:2006211215;修订日期:2007205212图1(c)为设计压比下的塞锥壁面压强的等基金项目:国家自然科学基金(50476002)通讯作者:琚春光
8、E2mail:jcg_buaa@sa.buaa.edu.cn值线图。当工作压比NPR等于设计压比NPRD82
