吴 睿，聂万胜，蔡红华，乔 野，冯 伟

（中国人民解放军装备学院航天装备系，北京，101416）

偏二甲肼/四氧化二氮火箭发动机尾焰流场特性三维仿真研究

吴 睿，聂万胜，蔡红华，乔 野，冯 伟

（中国人民解放军装备学院航天装备系，北京，101416）

以偏二甲肼/四氧化二氮（UDMH/NTO）火箭发动机为研究对象，采用κ-ε湍流模型，运用PISO算法分别对发动机内流-场和尾焰流场进行三维仿真。采用相同方法计算液氢/液氧（LH2/LOX）火箭发动机尾焰，仿真结果和试验结果吻合得较好，证明了计算模型的正确性与有效性；同时对比分析了UDMH/NTO发动机与LH2/LOX发动机尾焰流场特性。结果表明，两者具有相似的温度和马赫数变化趋势，但是UDMH/NTO发动机尾焰核心区温度相对较低，而LH2/LOX发动机尾焰将更快衰减至亚声速射流。

液体火箭发动机；三维数值仿真；尾焰流场特征

0 引 言

火箭发动机尾焰是由燃烧室中高温、高压的化学反应产物经过喷管加速后达到超声速形成的。这些高温、高速产物喷入静止大气后，压缩周围的空气形成特征鲜明的波系结构[1,2]。研究火箭发动机尾焰波系结构对火箭和反导系统的研发具有重要意义。

现有的大型运载火箭仍有许多采用双组元自燃推进剂，如欧空局的阿里安4系列运载火箭、美国的大力神系列运载火箭，以及中国的长征二号、长征三号系列运载火箭。同时液氢/液氧作为目前比冲最高的化学推进剂也广泛应用于大型运载火箭中。

尾焰研究方法主要有数值模拟和试验两种，国外在20世纪对尾焰流场进行了大量数值模拟和试验。……