周晨初，李舒欣，陈宏玉，王 丹，任孝文

(西安航天动力研究所 液体火箭发动机技术重点实验室， 陕西 西安 710100)

0 引言

液体火箭发动机在工作过程中，由于液体局部加速度过大引起管路中压强急剧变化形成水击[1]。水击所产生的压强通常可以达到管道稳态压强的几倍到几十倍不等，经常造成发动机及其试验台系统结构破坏。火箭发动机推进剂供应管路是一个复杂的管网系统，尤其近年来随着发动机高度集成和快速响应的发展，其关机水击问题更加突出[2]。

Menabrea最早开展水击理论研究，指出管道具有弹性和水流可以压缩，计算水击时应考虑波速的影响[3]。李文勋建立了瞬变流的基本微分方程，奠定了水击分析的理论基础[4]。WYLIE E B等人探讨了水击连续性方程能够在恒定流条件下恒成立的问题，猜测可能由于没有考虑摩擦阻力或管道倾斜对水流状态的影响[5]。侯咏梅对水击连续性方程不满足恒流条件的问题做了初步探讨，考虑管道的摩擦阻力与倾斜度的影响，并对基本方程进行了重新推导[6]。水击问题可由一维瞬变流动基本方程描述，它们是一组非线性双曲型偏微分方程，一般情况下不存在解析解，只能采用数值计算方法求解[7-8]。随着计算机技术的发展，国内外学者采用数值仿真的方法，对水击问题进行了大量研究，其中包括：特征线法[5，9-13]、有限元法[9-12]、无网格法[13-15]和谱方法等[8,16-18]。由于发动机管网复杂，采用特征线法在时间步长协调上比较困难，边界条件的处理也比较复杂，而且非线性迭代解算收敛较慢，限制了特征线法在复杂系统(如补燃循环发动机) 动态特性分析方面的应用[12]。……