韩磊，卞云龙，张卫平，孙再庸

(1.内蒙动力机械研究所，内蒙古 呼和浩特　010010； 2. 中国航天科工集团第二研究院，北京　100038)



仿真技术

固体火箭发动机声涡耦合数值仿真*

韩磊1,2，卞云龙1，张卫平1，孙再庸1

(1.内蒙动力机械研究所，内蒙古 呼和浩特010010； 2. 中国航天科工集团第二研究院，北京100038)

摘要：研究固体火箭发动机工作中发生的声涡耦合导致的不稳定燃烧，以及燃烧室空腔变化对压力振荡的影响。对VKI缩比发动机流场采用大涡模拟(LES)方法进行数值模拟，确定数值方法可行。采用有限元和大涡模拟结合的方法，对某固体火箭发动机声涡耦合进行仿真分析，对声场分别采用理论方法和有限元数值方法对声模态和声学特性计算，确定有限元方法精度可靠及大涡模拟方法对流场旋涡流动不稳定捕捉准确，计算结果和试验中压力振荡结果相符。表明研究的该固体火箭发动机发生了声涡耦合引起的纵向1阶声不稳定，且获得了自由容积对压力振荡频率及幅值的影响规律。

关键词：声涡耦合；不稳定燃烧；压力振荡；数值模拟；声模态；有限元；大涡模拟

0引言

发动机燃烧工作过程中，由于某种随机扰动影响燃烧速率，燃烧室内流场和燃烧过程、空腔的反射、声场等相互作用，引起的不规则的燃烧室压力变化，称为不稳定燃烧，也常称为振荡燃烧[1]。压力振荡会导致较严重的推力振荡，轻则发动机振动，中断燃烧，严重的情况下，和飞行器耦合共振，导致系统可靠性降低、失效乃至灾难性的爆炸事故发生[2-3]。……