李成成，李芳，杨斌，王莹,*

1.上海理工大学 能源与动力工程学院，上海 200039 2.上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200039 3.北京宇航系统工程研究所，北京 100076

喷管是固体火箭发动机的主要能量转换装置[1]。火箭发动机的燃烧产物在喷管中加速到超声速，从而产生巨大的推力[2]，因此喷管的性能及可靠性对于发动机来说至关重要。由于在火箭发射过程中，发动机会从海平面一直工作到环境压力很低的高空。喷管在设计过程中为了获得最佳性能，一般会按中间的环境压力设计[3]。因此当喷管在远低于设计点的压比下工作时，喷管内部会形成激波，激波下游的气流会在喷管壁面产生分离[4]。在喷管分离流动过程中，喷管内的流动表现为非对称的复杂流动，喷管壁面会产生严重的侧向载荷，从而对喷管的安全和可靠运行构成巨大威胁，比如美国的J-2发动机和日本的LE-7A发动机在研发的过程中都遇到了侧向载荷问题[5]。

过去几十年，研究人员在抑制喷管分离流动方面提出了很多解决方案。被动控制方案主要通过优化喷管型面来抑制流动的分离。张扬军等[6]对双钟型喷管流场进行了数值模拟研究，结果表明双钟型喷管在低空时出现壁面可控流动分离，在高空时为完全附着流动，实现了高度补偿特性；Stark等[7]提出了高度自适应双钟形喷管，通过喷管型面变化实现高度补偿，但是在低空和高空工作模式转换过程中有很大的不确定性；Sato等[8]提出了可延展喷管，在喷管工作过程中通过改变面积比抑制分离流动，但是需要复杂的机械结构。……