闫指江，吴彦森，张耘隆，沈 丹，唐 伟

(北京宇航系统工程研究所， 北京100076)

1 引言

大型运载火箭的一级动力系统通常采用多台发动机并联方案，以获得更大的推力，如美国的土星Ⅴ火箭、苏联的能源号火箭、欧空局的阿里安-5 火箭、日本的H-ⅡA 火箭以及中国的CZ-2F火箭等。 在火箭上升过程中，发动机喷流之间、喷流和自由来流之间相互作用，在火箭底部区域形成剪切流动、循环流动、冲击反流等多种复杂流动，使运载火箭底部承受较高的热载荷。 火箭底部热环境预示的准确性直接关系到航天任务的成败，是运载火箭设计的重点和难点。

在20 世纪60 年代，美国研制土星系列火箭时，便着手研究运载火箭底部加热问题。 Mullen等从理论与试验2 个角度分析了土星系列火箭底部流动基本结构，并指出回流是火箭底部加热的主要来源。 但是不同火箭一级底部发动机数目和布局形式一般都有较大差别，所产生的底部流动结构和热环境影响也相差很大。 无论采用理论分析、工程计算、地面试验或数值模拟都很难满足实际问题所要求的全部模拟准则，而且由于缩比效应以及测量的不确定性，试验数据难以直接用于底部热流的预估，使得火箭底部热环境预示十分困难，导致大型运载火箭的底部热防护设计偏于保守。 这些保守设计会提高火箭设计方案的成本，降低运载效率。

本文从风洞试验和数值仿真两方面对国内外火箭底部热环境研究开展调研分析，提出中国开展相关研究的可行方法，为后续运载火箭底部热环境预示提供思路。……