戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定研究概述①

劉佩進(jìn)，金秉寧，李 強(qiáng)

(西北工業(yè)大學(xué)燃燒、熱結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場重點實驗室，西安 710072)

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定研究概述①

劉佩進(jìn)，金秉寧，李 強(qiáng)

(西北工業(yè)大學(xué)燃燒、熱結(jié)構(gòu)與內(nèi)流場重點實驗室，西安 710072)

介紹了大長徑比戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用固體發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生的燃燒不穩(wěn)定，分析了燃燒不穩(wěn)定產(chǎn)生的機(jī)理，總結(jié)了國外典型的實驗研究情況及其主要結(jié)論，以及國內(nèi)固體發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定的狀況。結(jié)合最新的研究進(jìn)展，對燃燒不穩(wěn)定的影響因素開展了深入分析:分析了聲渦之間的耦合作用，重點討論了聲對渦的調(diào)制作用;分析了推進(jìn)劑壓強(qiáng)耦合對燃燒不穩(wěn)定的影響，討論了壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)的測試方法及其與推進(jìn)劑配方之間的關(guān)系;分析了金屬的分散燃燒及其凝相燃燒產(chǎn)物對燃燒不穩(wěn)定的增益和阻尼作用。針對諸影響因素，提出了進(jìn)一步的研究建議。

固體火箭發(fā)動機(jī);燃燒不穩(wěn)定;聲渦耦合;燃燒響應(yīng)

0 引言

采用高含鋁量的復(fù)合推進(jìn)劑后，由于凝相燃燒產(chǎn)物的阻尼作用，固體火箭發(fā)動機(jī)的燃燒不穩(wěn)定得到很大程度的抑制，燃燒不穩(wěn)定問題在國內(nèi)較少受到人們關(guān)注。近年來，隨著導(dǎo)彈總體對固體火箭發(fā)動機(jī)性能要求的提高，發(fā)動機(jī)裝填比增大，國內(nèi)研發(fā)的固體火箭發(fā)動機(jī)屢次出現(xiàn)較為嚴(yán)重的燃燒不穩(wěn)定［1］。出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的發(fā)動機(jī)表現(xiàn)出幾個共同的特征:一是長徑比大，發(fā)動機(jī)長徑比都超過6，有的甚至超過10;二是采用星孔或翼柱后置的裝藥結(jié)構(gòu)，這種裝藥結(jié)構(gòu)在燃面退移到一定程度時星孔或翼柱消失，從頭部開始形成小圓柱-圓臺-大圓柱的后向臺階轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)。研究表明，由于流動的剪切作用，主流氣體在后向臺階處會產(chǎn)生周期性的逆序結(jié)構(gòu)的旋渦，旋渦周期性的脫落產(chǎn)生聲，當(dāng)渦脫落導(dǎo)致的聲與發(fā)動機(jī)的低階軸向聲振一致時，導(dǎo)致聲渦耦合而產(chǎn)生共振。這種聲渦耦合產(chǎn)生的初始擾動，可能會被推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的壓強(qiáng)耦合響應(yīng)放大，在其他增益和阻尼機(jī)制的共同作用下，燃燒室的壓強(qiáng)振蕩最終會維持在某個較大幅值上，影響發(fā)動機(jī)的性能和工作安全。

轉(zhuǎn)角渦脫落示意圖見圖1［2］。

圖1 轉(zhuǎn)角渦脫落示意圖Fig.1 Illustration of corner vortex shedding

除了轉(zhuǎn)角渦脫落導(dǎo)致的燃燒不穩(wěn)定外，大型分段固體發(fā)動機(jī)存在的表面渦脫落和障礙渦脫落，也會導(dǎo)致在發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生壓強(qiáng)振蕩［2］。由于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)存在明顯差別，大型分段發(fā)動機(jī)中燃燒不穩(wěn)定產(chǎn)生的機(jī)理與直徑相對較小的戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)有明顯區(qū)別。從20世紀(jì)90年代開始，國外針對分段發(fā)動機(jī)中壓強(qiáng)振蕩的研究幾乎沒有中斷。美國的多學(xué)科大學(xué)研究倡議(MURI:Multidisciplinary University Research Initiative)從基礎(chǔ)化學(xué)、燃燒和流體動力學(xué)等方面，對火箭發(fā)動機(jī)不穩(wěn)定燃燒開展了深入細(xì)致的研究［3］;法國的分段發(fā)動機(jī)氣體動力學(xué)(ASSM:Aerodynamics of Segmented Solid Motors)和壓強(qiáng)振蕩項目(POP:Pressure Oscillation Programs)分別從理論建模和發(fā)動機(jī)縮比實驗的角度開展了大量研究工作［2］，而對戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定的研究報道相對較少。

本文主要總結(jié)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用固體發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，根據(jù)最新研究成果提出個人見解，最后提出進(jìn)一步的研究思路，以期為廣大固體火箭發(fā)動機(jī)的設(shè)計者和研究者提供參考。

1 燃燒不穩(wěn)定的主要影響因素

從線性穩(wěn)定性預(yù)測理論的角度來說，固體火箭發(fā)動機(jī)的線性穩(wěn)定性是由發(fā)動機(jī)中聲能增益和阻尼的總和決定。增益因素包括壓力耦合、速度耦合和分布燃燒等，阻尼因素包括噴管阻尼、粒子阻尼、流動阻尼和裝藥結(jié)構(gòu)阻尼等，如圖2所示［4］。文獻(xiàn)［4］對固體發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定的影響因素進(jìn)行了詳細(xì)論述，本文主要結(jié)合近年來針對燃燒不穩(wěn)定開展的數(shù)值模擬和實驗研究工作，對其中的主要增益機(jī)制展開更深入分析。

圖2 影響固體火箭發(fā)動機(jī)中燃燒不穩(wěn)定的增益和阻尼因素Fig.2 Acoustic energy gains and losses in a solid rocket motor

1.1 發(fā)動機(jī)中的轉(zhuǎn)角渦脫落

無論是戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)，還是大型分段發(fā)動機(jī)，聲渦耦合產(chǎn)生的初始擾動被認(rèn)為是燃燒不穩(wěn)定的源頭，但渦(轉(zhuǎn)角渦、平面渦和障礙渦)產(chǎn)生的條件和機(jī)制是不同的。針對分段發(fā)動機(jī)內(nèi)部表面渦脫落和障礙渦脫落的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素，美國和歐洲開展了大量研究工作，相關(guān)文獻(xiàn)舉不勝舉，這里不再贅述。

戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈固體發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定一般是由轉(zhuǎn)角渦脫落引起的，圖3顯示了典型大長徑比固體發(fā)動機(jī)內(nèi)部渦結(jié)構(gòu)的大渦模擬結(jié)果。由圖3可看出，在特定的結(jié)構(gòu)和流動條件下，兩種形式的后向臺階都可能引起渦脫落。

圖3 典型固體發(fā)動機(jī)燃燒室內(nèi)的轉(zhuǎn)角渦Fig.3 Vortices of internal flow in combustion chamber

發(fā)動機(jī)內(nèi)通道結(jié)構(gòu)、流動速度和加質(zhì)邊界決定了渦的產(chǎn)生、運(yùn)動和演化，渦聲與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)固有聲特性之間的耦合產(chǎn)生了初始擾動。通過改變裝藥通道的幾何形狀改變流速，從而改變渦聲頻率，是否可輕易地破壞聲渦耦合，而消除壓強(qiáng)擾動的源頭呢?

渦和聲之間復(fù)雜的關(guān)系使得這一想法很難實現(xiàn)。文獻(xiàn)［5］采用大渦模擬的方法，研究了模型沖壓發(fā)動機(jī)突擴(kuò)燃燒室中渦的產(chǎn)生和運(yùn)動規(guī)律，其主流速度范圍和壓強(qiáng)振蕩頻率與固體發(fā)動機(jī)非常接近。在固定主流速度的條件下，通過改變模擬燃燒室長度，而改變結(jié)構(gòu)固有聲頻率，觀察渦的運(yùn)動規(guī)律以及與結(jié)構(gòu)聲之間的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，改變?nèi)紵议L度對渦的形成和發(fā)展有非常明顯的影響，渦的形成受到聲場的強(qiáng)烈影響，渦的合并模式可能受到渦脫落頻率和低頻結(jié)構(gòu)聲之間相互作用的影響。研究認(rèn)為，結(jié)構(gòu)聲場或外加聲場對流場起到調(diào)制作用，影響渦的生成和發(fā)展。文獻(xiàn)［6］在綜述中同樣提到了結(jié)構(gòu)聲模式對渦的調(diào)制作用，說明聲渦耦合一旦產(chǎn)生，就不易被破壞。

盡管戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)中容易產(chǎn)生渦脫落，但渦脫落對發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定的影響是有限的，大多數(shù)可能產(chǎn)生渦脫落的發(fā)動機(jī)在工作過程中并沒表現(xiàn)出明顯的燃燒不穩(wěn)定。大量的數(shù)值模擬和冷流實驗研究表明，聲渦耦合產(chǎn)生的壓強(qiáng)振蕩幅值相對很小，壓強(qiáng)振蕩幅值一般小于平均壓強(qiáng)的2%［7］，冷流實驗獲得的壓強(qiáng)振幅更小，而真實發(fā)動機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的壓強(qiáng)振蕩可大大超過平均壓強(qiáng)的2%。因此，聲渦耦合導(dǎo)致的壓強(qiáng)振蕩只是形成燃燒不穩(wěn)定的擾動源，其他增益機(jī)制在燃燒不穩(wěn)定中也扮演了重要角色。

1.2 復(fù)合推進(jìn)劑的壓力耦合響應(yīng)

發(fā)動機(jī)中所有能量均來源于推進(jìn)劑的燃燒，按照典型數(shù)據(jù)估計，在特定條件下，裝藥釋放能量的0.14%轉(zhuǎn)化為聲能，聲壓振幅便可達(dá)到平均壓強(qiáng)的10%。推進(jìn)劑燃燒過程對壓強(qiáng)變化的響應(yīng)定義為推進(jìn)劑的壓力耦合響應(yīng)，是固體火箭發(fā)動機(jī)中燃燒不穩(wěn)定的主要增益因素之一。國內(nèi)的全尺寸發(fā)動機(jī)點火實驗表明，同樣的裝藥結(jié)構(gòu)，由于推進(jìn)劑配方和原材料批次的變化，可能改變一個發(fā)動機(jī)的壓強(qiáng)振蕩水平，說明推進(jìn)劑的壓強(qiáng)耦合響應(yīng)在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈發(fā)動機(jī)的燃燒不穩(wěn)定中起到最重要的作用。遺憾的是目前固體推進(jìn)劑燃燒模型還不足以為其增益機(jī)制提供合理的解釋，推進(jìn)劑的燃燒以何種方式、在什么樣的條件下對聲/渦耦合引起的初始擾動產(chǎn)生增益，這種增益對頻率是否具有選擇性，目前尚不清楚。

壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)是線性燃燒不穩(wěn)定預(yù)測時采用的主要參數(shù)，通常用T型燃燒器測量推進(jìn)劑的壓力耦合特性。此外，文獻(xiàn)［8］詳細(xì)介紹了法國采用微波技術(shù)、超聲技術(shù)和磁流體動力學(xué)技術(shù)等直接測量技術(shù)獲得壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)的研究情況。采用T型燃燒器測量復(fù)合推進(jìn)劑的壓力耦合響應(yīng)函數(shù)是很困難的工作，本課題組的實驗研究表明，即使在實際發(fā)動機(jī)中很容易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的復(fù)合固體推進(jìn)劑，如果不謹(jǐn)慎地施加外部激勵，在T型燃燒器中也很難獲得預(yù)期的壓強(qiáng)振蕩。

發(fā)動機(jī)的長度決定了其一階縱向聲模式，如果現(xiàn)有推進(jìn)劑壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)的峰值遠(yuǎn)離發(fā)動機(jī)的固有頻率，那么發(fā)動機(jī)就不易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定。圖4是采用簡單的非穩(wěn)態(tài)燃燒模型獲得的不同AP單一粒徑下的壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)曲線［9］。由圖4可看出，壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)實部的峰值在100～500 Hz之間，表明在此區(qū)間容易產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的壓強(qiáng)耦合響應(yīng)。不幸的是目前多數(shù)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用固體火箭發(fā)動機(jī)的固有頻率也恰好在這個區(qū)間。

圖4 AP粒度對RP的影響Fig.4 Effect of AP particle diameter on RP

從本質(zhì)上說，推進(jìn)劑燃燒對燃燒不穩(wěn)定的增益作用服從瑞利準(zhǔn)則，如果推進(jìn)劑氣相燃燒區(qū)域?qū)簭?qiáng)擾動的響應(yīng)無限快，則發(fā)動機(jī)很容易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定。實際上，復(fù)合推進(jìn)劑的火焰中同時存在預(yù)混火焰(AP分解焰)和擴(kuò)散火焰(初焰和終焰)，無論是化學(xué)動力學(xué)過程和擴(kuò)散過程都需時間，燃燒對壓強(qiáng)擾動的響應(yīng)存在時滯，時滯的數(shù)值決定了推進(jìn)劑燃燒與壓強(qiáng)擾動之間的耦合。AP的級配是影響擴(kuò)散過程的主要因素，因此不同的AP級配會影響推進(jìn)劑的壓強(qiáng)耦合響應(yīng)。研究表明，采用大量超細(xì)粒度AP的推進(jìn)劑，更易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，不合適的AP級配也會使壓強(qiáng)耦合響應(yīng)增強(qiáng)。目前，無論國內(nèi)還是國外，都沒有確切的壓強(qiáng)耦合響應(yīng)與AP級配關(guān)系的數(shù)據(jù)，需開展深入的理論分析和實驗研究。

1.3 金屬燃燒及凝相燃燒產(chǎn)物的作用

如果復(fù)合固體推進(jìn)劑中金屬鋁質(zhì)量含量為18%，則燃燒產(chǎn)物中約有34%的凝相成分。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，凝相產(chǎn)物對燃燒不穩(wěn)定起到抑制作用。其實，鋁及其凝相產(chǎn)物在燃燒不穩(wěn)定中扮演的角色是很復(fù)雜的。

金屬對燃燒不穩(wěn)定的作用體現(xiàn)在兩個方面:一是金屬的分散燃燒(或稱為分布式燃燒);二是凝相產(chǎn)物對燃燒不穩(wěn)定的作用。實驗研究表明，金屬顆粒在推進(jìn)劑表面氣相反應(yīng)區(qū)內(nèi)并沒有完全燃燒，約10%的鋁燃燒發(fā)生在隨氣相流動的過程中［10］。對圖1所示的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)大渦模擬結(jié)果表明，熱態(tài)純氣相流動導(dǎo)致的壓強(qiáng)振蕩幅值約為平均壓強(qiáng)的2%，若考慮10%的鋁參與分散燃燒，且鋁粒子服從直徑為10 μm的單一粒徑分布，燃燒不穩(wěn)定的幅值將增加至5%，表明分散燃燒對燃燒不穩(wěn)定可能會起到增益作用。凝相燃燒產(chǎn)物對燃燒不穩(wěn)定的抑制作用更多體現(xiàn)在高頻部分(頻率大于1 000 Hz)。由于凝相產(chǎn)物本身的粒度分布是多分散性的，離散相與氣相的相互作用極其復(fù)雜，不同直徑的凝相產(chǎn)物對不同振蕩頻率的作用是不同的。目前研究認(rèn)為［11］，必須考慮離散相的影響，才能獲得可信的燃燒穩(wěn)定性預(yù)測，粒子尺寸是一個敏感參數(shù)，會對振蕩水平和不穩(wěn)定模態(tài)造成影響。

文獻(xiàn)［12-13］采用數(shù)值模擬方法，研究了鋁燃燒對燃燒不穩(wěn)定的增益作用，探討了熱聲耦合機(jī)理。研究表明，即使沒有渦脫落誘導(dǎo)，鋁的燃燒釋熱與發(fā)動機(jī)一階聲模態(tài)之間的熱聲耦合，也可能導(dǎo)致強(qiáng)烈的不穩(wěn)定。在實際發(fā)動機(jī)中，由于多種阻尼因素的存在，多數(shù)采用復(fù)合推進(jìn)劑的發(fā)動機(jī)并沒有表現(xiàn)出燃燒不穩(wěn)定。

1.4 發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)對燃燒不穩(wěn)定的影響

美國海軍武器中心的Blomshield等人針對戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈用固體火箭發(fā)動機(jī)開展了一系列的實驗研究和理論分析［14-15］，以提高對固體火箭發(fā)動機(jī)中線型和非線性燃燒不穩(wěn)定的理解，獲得系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)和不穩(wěn)定數(shù)據(jù)庫。

研究對象為直徑127 mm、長度1 702 mm的全尺寸發(fā)動機(jī)，大多數(shù)發(fā)動機(jī)采用的推進(jìn)劑為88%的固體裝填量的少煙AP/HTPB，含1%的8 μm鋁，加上其他的惰性穩(wěn)定性固體添加成分。研究了不同的壓強(qiáng)和裝藥結(jié)構(gòu)，測量了推進(jìn)劑的壓力耦合響應(yīng)。

發(fā)動機(jī)的基準(zhǔn)構(gòu)型為后2/3部分六星孔，前端為圓柱(SAFT)，長徑比大于11。其中，10發(fā)實驗采用基準(zhǔn)推進(jìn)劑，3發(fā)實驗添加了穩(wěn)定劑。在結(jié)構(gòu)方面，3發(fā)實驗采用前置星孔(SFWD)，1發(fā)采用全星孔(SFUL)，2發(fā)采用圓柱裝藥(CYL);另外，4發(fā)發(fā)動機(jī)長度減半，使固有頻率加倍，發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖5所示［16-18］。

共開展了23發(fā)實驗，通過在點火過程中施加外部激勵，以獲得燃燒不穩(wěn)定數(shù)據(jù)。實驗發(fā)現(xiàn)，基準(zhǔn)的SAFT構(gòu)型更易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，SFWD和CYL也出現(xiàn)不穩(wěn)定。當(dāng)發(fā)動機(jī)長度減半，結(jié)構(gòu)固有頻率由300 Hz增加至600 Hz時，不穩(wěn)定燃燒不易出現(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，星孔前置結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定一些。

改變發(fā)動機(jī)長度，可改變固有頻率，但這種方法在實際發(fā)動機(jī)的研究中卻不可能采用。國內(nèi)在開展燃燒不穩(wěn)定抑制時，嘗試了改變后翼槽數(shù)量的方法。實驗結(jié)果表明，這種方法對不穩(wěn)定的抑制沒有效果，將后翼槽改為前后開槽起到了很好地抑制效果［1］。

圖5 用于燃燒不穩(wěn)定研究的發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.5 Schematic diagram of motor configuration

2 研究建議

目前，國內(nèi)有多個在研的大長徑比固體火箭發(fā)動機(jī)深受線性和非線性燃燒不穩(wěn)定的困擾，這些發(fā)動機(jī)的工作壓強(qiáng)范圍主要為8～12 MPa，采用推進(jìn)劑的燃速范圍為13～41 mm/s，也有少數(shù)燃燒不穩(wěn)定出現(xiàn)在工作壓強(qiáng)低于5 MPa［1］的情況。因此，無論推進(jìn)劑的燃速特性如何，工作壓強(qiáng)范圍如何，都可能出現(xiàn)較嚴(yán)重的燃燒不穩(wěn)定。

盡管通過綜合治理解決了部分型號發(fā)動機(jī)出現(xiàn)的燃燒不穩(wěn)定問題，但并沒有完全做到“機(jī)理清楚”。由于長期以來國內(nèi)在推進(jìn)劑微觀燃燒模型和燃燒不穩(wěn)定機(jī)理方面研究工作缺乏，目前還不能從定量角度獲得分析增益和阻尼所需的確定數(shù)據(jù)，發(fā)動機(jī)設(shè)計時缺乏可靠的燃燒穩(wěn)定性預(yù)示手段和不穩(wěn)定控制方法。小型戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)可通過大量的修正和實驗解決問題，但對于大型分段發(fā)動機(jī)或尺寸較大的戰(zhàn)術(shù)發(fā)動機(jī)，大量的熱試車顯然是不能接受的，很有必要開展細(xì)致的研究工作，積累數(shù)據(jù)，發(fā)展可靠、適用的燃燒不穩(wěn)定預(yù)示和控制方法。為此，提出如下研究建議:

(1)聲渦耦合機(jī)理研究。發(fā)動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生有規(guī)律的渦的條件是什么?流動參數(shù)和渦之間的關(guān)系如何?發(fā)動機(jī)內(nèi)的渦有什么特征，什么因素影響渦強(qiáng)度?什么情況下能產(chǎn)生聲渦耦合?什么情況下不耦合?燃?xì)鉄嵛镄詤?shù)對壓強(qiáng)振蕩的影響如何?結(jié)構(gòu)參數(shù)對聲的響應(yīng)能力有何影響，什么結(jié)構(gòu)具備更強(qiáng)的聲放大能力?

(2)推進(jìn)劑微觀燃燒模型及壓強(qiáng)耦合響應(yīng)研究。推進(jìn)劑的氣相燃燒釋熱和聲之間是如何耦合的?金屬的分散燃燒釋熱與聲如何耦合?化學(xué)反應(yīng)的特征時間導(dǎo)致的燃燒波動與初始擾動的相位關(guān)系如何，才會產(chǎn)生更強(qiáng)的壓強(qiáng)耦合?推進(jìn)劑配方對微觀燃燒過程有何影響?壓強(qiáng)耦合響應(yīng)函數(shù)是否有更簡單、有效的實驗方法?

(3)結(jié)構(gòu)和流動的阻尼機(jī)制研究。推進(jìn)劑的粘彈性對壓強(qiáng)振蕩有何作用?是否具有頻率選擇性?翼的存在對壓強(qiáng)振蕩有何影響，是否具有阻尼作用?惰性兩相流的阻尼特點如何?凝相產(chǎn)物的粒度分布對壓強(qiáng)振蕩影響的定量特征是什么?噴管形狀對聲波是如何反射的?嵌入噴管的作用如何?

3 結(jié)束語

目前，考慮簡單的推進(jìn)劑非穩(wěn)態(tài)燃燒模型和金屬分散燃燒的大渦模擬，可較好地預(yù)示固體發(fā)動機(jī)的燃燒不穩(wěn)定，但存在2個問題:一是燃燒模型較簡單，難以準(zhǔn)確預(yù)示推進(jìn)劑非穩(wěn)態(tài)燃燒的影響，特別是配方的影響;二是大渦模擬一般需要的網(wǎng)格數(shù)量巨大，含燃燒的三維大渦模擬非常耗時。在細(xì)致研究的基礎(chǔ)上，搞清燃燒不穩(wěn)定的增益和阻尼機(jī)理，獲得一些關(guān)鍵參數(shù)，發(fā)展一種基于實驗數(shù)據(jù)的簡單分析方法，可更好地為發(fā)動機(jī)工程設(shè)計服務(wù)。

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Asurvey of combustion instability in tactical SRM

LIU Pei-jin，JIN Bing-ning，LI Qiang
(Science and Technology on Combustion，Internal Flow and Thermal-Structure Laboratory，Northwestern Polytechnical Univ.，Xi＇an 710072，China)

Combustion instability in tactical motors with large length to diameter ratio was discussed，and the mechanism of combustion instability was analyzed.Stability testing of full-scale tactical motors abroad and the main conclusions were summarized.Combustion instability in domestic motors was also introduced.Based on recent progress，the driving and damping mechanisms on combustion instability were analyzed，including the couple between acoustics and vortex，combustion response，distributed combustion and condensed products of aluminum.The chamber acoustic modes organizing and modulating the shedding phenomenon were also discussed.The suggestion of further research on combustion instability was presented.

solid rocket motor;combustion instability;acoustics-vortex coupling;combustion response

V435

A

1006-2793(2012)04-0446-04

2011-10-20;

2012-01-11。

劉佩進(jìn)(1971—)，男，教授，主要研究固體火箭發(fā)動機(jī)燃燒、流動與熱結(jié)構(gòu)和火箭沖壓組合推進(jìn)。E-mail:liupj@nwpu.edu.cn

(編輯:崔賢彬)