针栓变推力固体火箭发动机动态响应特性研究

为了解针栓式固体发动机的动态响应特性,基于可变等效喉部面积的调控内弹道模型,研究了针栓型面及其调节过程对发动机动态响应的影响。结果表明:针栓式变推力固体发动机响应时间以及推力响应的动态特性与针栓移动速度、针栓型面以及推进剂压力指数密切相关。发动机响应时间由针栓移动时间和针栓移动造成的压力延迟时间组成;随针栓移动速度增大,针栓移动过程与压力延迟过程相对比重发生变化,使得响应时间先快速缩短后趋向于定值,由32ms缩短至11.6ms,而推力过冲逐渐增大,但在针栓打开过程中响应时间更短,推力过冲更大,并且计算表明压力和等效喉部面积的相对变化率决定了推力过冲;随着正压力指数的增大,压力调节范围增大,推力过冲和响应时间均增加,而负压力指数的推进剂明显缩短响应时间,抑制推力过冲;凸型面针栓能够缩短响应时间同时降低推力过冲,可根据等效喉部面积相对变化率获得最佳型面曲率,使得响应时间和推力过冲最小。     

火箭发动机燃烧室中燃烧噪声的计算模型

燃烧噪声一般分为直接噪声和间接噪声，推导了喉部壅塞工况下燃烧室中因不稳定释热产生的直接噪声和间接噪声在时域和频域的计算模型，该模型考虑了熵波的耗散和声波的衰减。将存在不稳定释热的燃烧室简化为加热直管进行理论计算。与实验结果相比，直接噪声预示误差小于4%，压力扰动的趋势基本一致。基于该模型分析了管长和温度扰动对噪声强度的影响，结果表明：管长越短，直接噪声和间接噪声强度越大；管长越长，直接噪声和间接噪声分离越清晰；直接噪声和间接噪声强度随温度扰动线性增加，无耗散条件下直接噪声增长率和强度均是间接噪声的2倍。