【摘要】：本文針對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中不穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生的動(dòng)力學(xué)原因展開(kāi)研究,重點(diǎn)介紹液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性,對(duì)不同形式的噴嘴進(jìn)行理論分析,獲得其動(dòng)力學(xué)函數(shù),并討論結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的影響。對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴注系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了定量分析,并與燃燒室動(dòng)力學(xué)特性相結(jié)合,針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)例進(jìn)行了燃燒穩(wěn)定性分析。本文分析討論了巴扎羅夫、楊立軍等人針對(duì)液體離心式噴嘴的研究成果,進(jìn)行了一定擴(kuò)展,根據(jù)離心式噴嘴切向入口及噴口的類(lèi)型將離心式噴嘴分為六種不同類(lèi)型,分別獲得了其動(dòng)力學(xué)傳遞函數(shù),計(jì)算分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)離心式噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的影響,說(shuō)明了對(duì)離心式噴嘴動(dòng)力學(xué)特性影響最大的結(jié)構(gòu)參數(shù);以Rocker和Hutt提出的數(shù)值方法為基礎(chǔ),介紹了液體直流式噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算方法,使用該方法分析了不同工況下液體直流式噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的變化情況,結(jié)合工程情況,分析了噴孔環(huán)三個(gè)參數(shù)對(duì)噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的影響,給出了帶有噴孔環(huán)噴嘴的一階固有頻率的計(jì)算公式;針對(duì)氣體直流式噴嘴進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模,得到了氣體直流式噴嘴動(dòng)力學(xué)傳遞函數(shù)及固有頻率的計(jì)算公式,討論了當(dāng)氣體流動(dòng)以及存在自激振蕩時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性,并且使用得到的結(jié)論對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行了具體計(jì)算和分析,比較了實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果。本文比較了液體離心式噴嘴、液體直流式噴嘴和氣體直流式噴嘴的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),對(duì)噴嘴動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了統(tǒng)一的數(shù)學(xué)描述,介紹了聲學(xué)系統(tǒng)的電學(xué)比擬,給出了考慮非理想出入口邊界條件下噴嘴動(dòng)力學(xué)傳遞函數(shù)表達(dá)式,說(shuō)明了噴注耦合燃燒穩(wěn)定性的穩(wěn)定判別式,并針對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴與不穩(wěn)定燃燒給出了設(shè)計(jì)建議。本文的分析計(jì)算結(jié)果表明:(1)敞口型離心式噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性?xún)?yōu)于收口型離心式噴嘴;(2)可以通過(guò)改變離心式噴嘴旋流腔長(zhǎng)度和切向入口位置來(lái)改變其動(dòng)力學(xué)特性;(3)液體及氣體直流式噴嘴的長(zhǎng)度是影響其動(dòng)力學(xué)特性最主要的參數(shù);(4)氣體直流式噴嘴的邊界條件對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性有重要影響;(5)噴孔環(huán)的存在對(duì)液體直流式噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性會(huì)產(chǎn)生較大影響,可以通過(guò)改變噴孔環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)液體直流式噴嘴的一階固有頻率;(6)波的傳播是影響噴嘴動(dòng)力學(xué)特性機(jī)理的重要因素;(7)燃燒分布對(duì)燃燒穩(wěn)定性有影響。
【圖文】：

如圖 1.1 所示。在燃燒室內(nèi)出現(xiàn)壓力振蕩或者流速振蕩時(shí)，會(huì)直接影響燃燒室內(nèi)部的反應(yīng)過(guò)程（圖1.1 中的過(guò)程 1），此時(shí)形成了一個(gè)自激振蕩回路。同時(shí)，燃燒室內(nèi)燃?xì)獾膲毫φ袷幰矔?huì)對(duì)噴注過(guò)程產(chǎn)生影響，使噴嘴內(nèi)工質(zhì)的流量產(chǎn)生脈動(dòng)（圖 1.1 中過(guò)程 2）。這些脈動(dòng)一方面影響下游燃燒室內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程，另一方面會(huì)激起上游供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的壓力振動(dòng)。供應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)還有上游傳播進(jìn)入、外界系統(tǒng)進(jìn)入的振動(dòng)，這些振動(dòng)合在一起又會(huì)對(duì)噴嘴內(nèi)的流動(dòng)產(chǎn)生影響（圖 1.1 中過(guò)程 3）。由此可見(jiàn)，，噴嘴位于供應(yīng)系統(tǒng)和燃燒室之間，會(huì)同時(shí)與上下游的振動(dòng)產(chǎn)生相互作用，是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的重要?jiǎng)討B(tài)環(huán)節(jié)，其動(dòng)力學(xué)特性會(huì)最終影響發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的穩(wěn)定性。因此有必要針對(duì)噴嘴的動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行研究。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主推力室、燃?xì)獍l(fā)生器及預(yù)燃室等都存在若干噴嘴。推進(jìn)劑狀態(tài)、工況的不同決定了各部件內(nèi)噴嘴的類(lèi)型各不相同。常用的噴嘴按照結(jié)構(gòu)可以分為直流式與離心式噴嘴兩種；按照介質(zhì)狀態(tài)可以分為氣體與液體兩種。在泵壓式氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)中，

劉f逃幔閡禾寤鵂⒍繾⑾低扯ρ匭匝芯空攵圓晃榷ㄈ忌湛沽搜芯��；樸窕栽謁牟┦柯畚腫1]中，重點(diǎn)圍繞化學(xué)動(dòng)力學(xué)方向進(jìn)行了研究，說(shuō)明了化學(xué)動(dòng)力學(xué)在不穩(wěn)定燃燒激勵(lì)方面的機(jī)理，其成果得到了學(xué)術(shù)界的認(rèn)可。1.2.3 噴注耦合不穩(wěn)定性與噴嘴動(dòng)力學(xué)噴注耦合的燃燒不穩(wěn)定性（Injection-Coupled Combustion Instability）理論最早由美國(guó)的 Hutt, J. J.和 Rocker, M.提出，并在文獻(xiàn)[22]中作了闡述。在該理論中，燃燒不穩(wěn)定機(jī)理被分為固有機(jī)理和噴注耦合機(jī)理兩種。其中固有機(jī)理（也稱(chēng)為燃燒耦合的機(jī)理）指的是由于霧化、蒸發(fā)、混合和燃燒等過(guò)程產(chǎn)生的不穩(wěn)定性；噴注耦合機(jī)理則是由于噴注流量的變化對(duì)不穩(wěn)定產(chǎn)生的放大或抑制作用。固有機(jī)理和噴注耦合機(jī)理共同造成了不穩(wěn)定燃燒的產(chǎn)生。文獻(xiàn)[23]將噴注耦合的燃燒不穩(wěn)定性的研究對(duì)象總結(jié)為“振幅-相位-頻率特征（Amplitude-Phase-Frequency Characteristics，APFC）”。圖 1.2 展示了其框圖。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第一研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V434

【參考文獻(xiàn)】

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1 楊立軍;富慶飛;;由噴嘴連接的燃燒室到供應(yīng)系統(tǒng)壓力振蕩傳遞過(guò)程研究[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2009年05期

2 楊立軍;富慶飛;;噴嘴對(duì)供應(yīng)系統(tǒng)到燃燒室壓力振蕩傳遞幅頻特性的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2008年02期

3 楊立軍;富慶飛;張向陽(yáng);王永濤;;結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)敞口型離心噴嘴動(dòng)態(tài)特性的影響[J];航空動(dòng)力學(xué)報(bào);2007年06期

4 楊立軍;張向陽(yáng);葛明和;;敞口型離心噴嘴動(dòng)力學(xué)特性理論分析[J];推進(jìn)技術(shù);2006年06期

5 楊立軍;富慶飛;王永濤;張向陽(yáng);;多排切向通道敞口型離心噴嘴的動(dòng)態(tài)特性研究[J];宇航學(xué)報(bào);2006年05期

6 趙文濤,莊逢辰,聶萬(wàn)勝;液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)非線(xiàn)性燃燒不穩(wěn)定過(guò)程的并行仿真[J];國(guó)防科技大學(xué)學(xué)報(bào);2002年04期

7 黃玉輝,王振國(guó),周進(jìn);液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性數(shù)值仿真[J];中國(guó)科學(xué)(B輯 化學(xué));2002年04期

8 黃玉輝,王振國(guó),周進(jìn);液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性非線(xiàn)性理論[J];中國(guó)科學(xué)(B輯 化學(xué));2002年03期

9 聶萬(wàn)勝,莊逢辰,張中光;液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中聲腔抑制不穩(wěn)定燃燒的聲學(xué)分析[J];應(yīng)用聲學(xué);2001年04期

10 莊逢辰,趙文濤,劉衛(wèi)東,鄒勤,聶萬(wàn)勝;液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性CFD分析[J];燃燒科學(xué)與技術(shù);2001年01期

本文編號(hào)：2666357