张彬 成鹏 李清廉 陈慧源 李晨阳

(国防科技大学空天科学学院, 高超声速冲压发动机技术重点实验室, 长沙 410073)

为了研究液体横向射流在气膜作用下的破碎过程, 采用背景光成像技术及VOF TO DPM 方法进行了实验研究和仿真研究, 模拟介质为水和空气.研究结果表明, 液体射流在气膜作用下主要存在两种破碎过程: 柱状破碎和表面破碎.Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性产生的表面波是液体射流发生柱状破碎的主要原因, 气流穿透表面波的波谷导致射流柱破碎, 破碎后的液丝沿流向逐渐发展呈带状分布.Kelvin-Helmholtz (K-H)不稳定性产生的表面波是液体射流发生表面破碎的主要原因, 液丝和液滴从射流表面剥离.局部动量比对液体横向射流的破碎过程具有重要影响, 当局部动量比较低时, 液体射流的破碎由K-H 不稳定性主导; 随着局部动量比的增大液体射流的破碎逐渐由R-T 不稳定性主导.液体射流的破碎长度及穿透深度均随局部动量比的增大而增大.

1 引 言

针栓喷注器发动机具有推力的深度调节能力,常被用在变推力液体火箭发动机上[1].SpaceX 公司开发的猎鹰九号火箭使用梅林1D 针栓发动机[2],成功实现火箭芯一级的回收使用, 可重复使用带来的低成本航天发射, 改变了商业航天的格局.针栓喷注器发动机结构简单, 通常只采用一个针栓喷嘴[3], 具有独特的火焰回流区结构[4]及可靠的燃烧稳定性.针栓喷注器最早在美国加利福尼亚理工学院喷射推进实验室产生.后来在……