噴嘴式隔板與縱向肋式隔板阻尼效應(yīng)分析

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1、第39卷第3期?；鸺七M(jìn)V01．39，No．32013年6月JOURNALOFROCKETPROPULSIONJun．2013噴嘴式隔板與縱向肋式隔板阻尼效應(yīng)分析郭燦琳，盧鋼，陳建華，吳海波(西安航天動(dòng)力研究所，陜西西安710100)摘要：利用聲學(xué)模型和單噴嘴聲學(xué)模擬試驗(yàn)研究了噴嘴式隔板的耗散機(jī)理；用數(shù)值方法分析了縱向肋式隔板周圍的渦流；用聲學(xué)理論研究了縱向肋式隔板的聲場。研究結(jié)果表明：選取合適的管間隙將會(huì)使噴嘴式隔板具有更好的穩(wěn)定性作用；肋片周圍是渦流產(chǎn)生的主要區(qū)域；肋高對燃燒室聲學(xué)特性的影響遠(yuǎn)大于肋長。關(guān)鍵詞：推力

2、室；燃燒不穩(wěn)定；隔板；耗散機(jī)理；聲阻抗中圖分類號(hào)：V434．24—34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672—9374(2013)03—0032—06Analysisondampinge一ctofvibrationbaffleswithprotrudedinjectorsandlongitudinalribsGUOCan-lin，LUGang，CHENJian—hua，WUHai—bo(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstract：Dissipati

3、onmechanismofvibrationbaffleswithprotrudedinjectorsisinvestigatedbyestablishinganacousticmodelandconductingasingleinjectoracousticsimulationtest．Thevortexaroundlongitudinalribsisanalyzedwithnumericalmethod．Basedonacoustictheory，thesoundfieldofvibrationbaffleswit

4、hlongitudinalribsisstudied．Theresultsshowthatthestabilityeffectofvibra—tionbaffleswithprotrudedinjectorsisbeRerthanthatofconventionalvibrationbafflesifappropriateclearanceischosen，themainareaproducingvortexisaroundlongitudinalribs，andforeffectona—cousticcharacte

5、ristic，theheightofribsismoreimportantthanthelengthofribs．Kcywords：thrustchamber；combustioninstability；vibrationbaffle；dissipationmechanism；a—cousticimpedance0引言燃燒不穩(wěn)定是近10年來困擾液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展的世界性難題?。大多數(shù)型號(hào)研制中都出現(xiàn)過不穩(wěn)定振蕩，所以燃燒不穩(wěn)定一直是高性能火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主要研制風(fēng)險(xiǎn)之12]。近10年來，眾多學(xué)者致力于該領(lǐng)域，研究的最終

6、目的是收稿日期：2012—12—24；修回日期：2013—01—10作者簡介：郭燦琳(1985一)，女，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)橐后w火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室技術(shù)第39卷第3期郭燦琳，等：噴嘴式隔板與縱向肋式隔板阻尼效應(yīng)分析33對燃燒不穩(wěn)定作深入了解，把幅值控制在可接受的水平。就目前研究成果看來，主要有兩種控制方法：一是主動(dòng)控制；二是被動(dòng)控制。主動(dòng)控制㈣方法是針對燃燒不穩(wěn)定設(shè)計(jì)負(fù)反饋回路，控制燃燒不穩(wěn)定，近10年來，主動(dòng)控制已受到相當(dāng)多關(guān)注。由于缺乏對內(nèi)部過程的認(rèn)識(shí)，盡管主動(dòng)控制看來很有希望，但成功應(yīng)用于大型系統(tǒng)還只是假想，許多研究工

7、作有待完成。被動(dòng)控制【3】則是指隔板、諧振器和聲襯等防振措施。被動(dòng)控制的要點(diǎn)是使諧振發(fā)生在一定頻率范圍內(nèi)，在該頻率范罔內(nèi)驅(qū)動(dòng)機(jī)理不足以維持振蕩或直接阻尼非穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。隔板作為一種有效抑制高頻燃燒不穩(wěn)定的常規(guī)被動(dòng)控制裝置，在各種大型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室得到了廣泛應(yīng)用。在燃燒室中設(shè)置隔板在于破壞諧振產(chǎn)生的條件，對振蕩產(chǎn)生阻尼，改變?nèi)紵业穆晫W(xué)特性。液氧煤油補(bǔ)燃發(fā)動(dòng)機(jī)推力室中采用了噴嘴式隔板，它由噴嘴按一定規(guī)律排列而成。隔板噴嘴間存在一定問隙，其阻尼效應(yīng)及穩(wěn)定性作用都與常規(guī)隔板不盡相同。此外，燃燒室中設(shè)置的縱向肋式隔板

8、也值得關(guān)注。國內(nèi)對這類隔板的應(yīng)用和研究剛剛起步：通過聲學(xué)分析和數(shù)值方法，對噴嘴式隔板與縱向肋式隔板的耗散機(jī)理進(jìn)行初步研究。13種類型隔板比較1950年，Isayev為燃燒不穩(wěn)定的大型推力室研究十字形冷卻隔板，這是蘇聯(lián)第一個(gè)隔板，據(jù)報(bào)道非常成功14I。到20世紀(jì)70年代后期，冷卻隔板也應(yīng)用到了美國大部分發(fā)動(dòng)機(jī)中。從第一個(gè)隔板的出現(xiàn)到