王 革,张渴欣,周博成,陈 磊,关 奔*,汪根来

(1.哈尔滨工程大学 航天与建筑工程学院,哈尔滨 150001;2.中国航天科工集团有限公司第六研究院41所,呼和浩特 010076)

0 引言

火箭发动机是一种可以直接产生推力的喷气推进动力装置,其自带燃料和氧化剂,可以在大气层以外工作,成为宇宙航行和大气层外飞行的主要动力装置。相关研究[1]表明,发动机的性能指标实际上总是低于理论上可达到的值,这是由于在发动机工作过程中,会存在燃料混合、燃烧及燃气膨胀不充分等问题,造成发动机性能损失。在发动机所有损失中,喷管的非适应性损失占据较大比例,最大可达到15%。非适应性损失[2]是指传统喷管在非设计高度工作时,由于喷管内部气流的过膨胀或者欠膨胀而带来的损失,为了减小这种性能损失,多种先进的火箭喷管概念相继出现[3-5],包括双钟型喷管、塞式喷管、膨胀偏流喷管和延伸喷管等,通常将它们称为高度补偿喷管。在这些高度补偿喷管中,膨胀偏流喷管具有长度短、质量轻、型面变化连续等优点,可以削减火箭发动机30%的体积和15%的结构质量[6],因此受到了广泛的关注。

膨胀偏流喷管(ED喷管)的概念由RAO[7]于1960年提出。典型的ED喷管结构包括外壁轮廓和中心塞锥两个部分,这种结构使发动机燃气流经喷管喉部时的方向朝向喷管外壁轮廓,燃气在塞锥拐角处发生膨胀,并在外壁轮廓的限制作用下偏转为喷管轴向喷出。ED喷管存在两种工作模态,即低空开放模态和高空闭合模态。……