王凯，雷凡培，杨岸龙，杨宝娥，周立新

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

2. 中国船舶工业集团有限公司，北京 100044

近年来使用针栓式喷注器的针栓式发动机成为实现航天器垂直软着陆的一大技术热点和亮点，这是实现运载器重复使用和外行星探索的关键[1]，也成为实现低成本、可重复使用运载火箭回收的优选方案之一。

针栓式发动机经过五六十年的研究与发展，已取得了丰硕的工程成果，如著名的阿波罗登月舱下降发动机(LMDE)[2-3]、SpaceX公司的Merlin 1D系列发动机[4-5]以及中国的月球探测器CE-3用的7 500 N针栓式发动机。然而与工程研制的辉煌成就相比，目前针栓式喷注器工作特性的理论研究尚不足，许多机理尚不清楚，相关的研究主要集中于喷雾与燃烧特性研究，例如Ninish等[6]等开展了不同工况下测量雾化角和液滴粒径的试验研究及理论预测，Kim[7]和Sakaki[8]等分别开展了喷注单元的点火特性和燃烧特性试验研究。在针栓式发动机性能提升的过程中，通常通过提高阻塞率来提高燃烧性能，然而往往面临最突出的问题之一就是针栓头烧蚀。在不对针栓头采取额外热防护措施的前提下，通过提高阻塞率提升性能似乎与针栓头的热防护问题是一对矛盾。工程上希望在不降低燃烧性能的前提下，通过采取一定的有效措施达到针栓头的热防护。

目前工程上使用较多的有效方法主要有2种：一种是被动热防护，即针栓头采用如铌钨合金等耐高温的材料制成或者喷涂耐高温抗氧化涂层，然而受材料极限温度限制，单独使用该方式多数情况下仍难以抵抗高热流的冲刷烧蚀。……