杨月诚，吴朋朋，高双武，钱治凯

(第二炮兵工程大学 二系201室，西安 710025)

快速升压过程喷管侧向载荷流固耦合分析①

杨月诚，吴朋朋，高双武，钱治凯

(第二炮兵工程大学 二系201室，西安 710025)

针对固体火箭发动机大膨胀比喷管出现的侧向载荷，采用三维数值仿真方法进行分析。通过集成软件平台MpCCI，连接计算流体动力学软件FLUENT和有限元软件ABAQUS，结合FLUENT中UDF功能，对燃气流动与喷管结构运动变形进行了耦合计算。计算结果发现，此大膨胀比喷管在快速升压阶段先后经历了自由激波分离和受限激波分离;分析得出了较强的侧向载荷主要由不对称的燃烧波、激波转变和喷管出口部位的激波震动3种状态产生;侧向载荷的大小也与快速升压的时间快慢有较大关系。采用流固耦合计算方法能体现喷管的结构变形，从而更准确地反映喷管与燃气流相互影响的真实环境，为更深入研究大膨胀比喷管侧向载荷提供了支撑。

固体火箭发动机;大膨胀比喷管;快速升压;侧向载荷;流固耦合

0 引言

喷管是固体火箭发动机的基本部件之一，在许多情况下，它决定了发动机的外形和能量质量完善程度。改进喷管是提高火箭发动机性能重要途径之一。气动性能设计、结构强度设计都是喷管设计的重要内容。

随着推进技术的发展，运载火箭的助推级或第一级发动机正采用越来越大面积比的喷管，以提高高空性能。但大面积比喷管在地面试车以及发动机的启动和关机过程中，经常产生分离流动现象。……