基于TDLAS技术的喉栓式变推力发动机羽流速度特性

doi:10.7527/S1000-6893.2022.28107

流体力学与飞行力学

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基于TDLAS技术的喉栓式变推力发动机羽流速度特性

王茹瑶¹, 宋岸忱², 王立民³^,⁴, 王德友¹, 李军伟¹(), 王宁飞¹

^1.北京理工大学宇航学院，北京　100081
^2.北京机电工程总体设计部，北京　100854
^3.国防科技大学空天科学学院，长沙　410073
^4.中国航天科工集团第六研究院41所，呼和浩特　010010

收稿日期:2022-10-11 修回日期:2022-11-01 接受日期:2022-11-25 出版日期:2022-12-02 发布日期:2022-11-29
通讯作者: 李军伟 E-mail:david78lee@bit.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(11572042)

Plume velocity characteristics of pintle controlled solid rocket motor based on TDLAS technique

Ruyao WANG¹, Anchen SONG², Limin WANG³^,⁴, Deyou WANG¹, Junwei LI¹(), Ningfei WANG¹

^1.School of Aerospace Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 　100081，China
^2.Beijing System Design Institute of Electro Mechanic Engineering，Beijing 　100854，China
^3.College of Aerospace Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 　410073，China
^4.The 41st Institute of the Sixth Academy of China Aerospace Science & Industry Corp，Huhhot 　010010，China

Received:2022-10-11 Revised:2022-11-01 Accepted:2022-11-25 Online:2022-12-02 Published:2022-11-29
Contact: Junwei LI E-mail:david78lee@bit.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(11572042)

摘要/Abstract

摘要：

为研究喉栓式变推力发动机动态调节过程的羽流速度特性，采用有限速率化学反应模型和动网格方法，建立了考虑后燃反应的发动机羽流动态仿真模型。基于可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术测速原理，对羽流速度测量结果进行了仿真计算。分析了喉栓往复调节过程的羽流瞬态流场结构，探究了后燃反应及测量位置对TDLAS羽流测速结果的影响。结果表明：发动机羽流场结构随着喉栓往复调节呈周期性变化，喉栓趋于关闭时，喷口附近出现强激波，下游羽流速度分布更均匀，速度梯度对TDLAS测量的影响降低；后燃反应导致羽流下游速度和H₂O组分分布发生显著变化，沿下游方向，后燃反应对TDLAS所测沿光路平均速度振荡幅值的影响逐渐增大；实际测量时，选取距喷口更近的测量位置可以降低后燃反应和速度梯度的影响，获得更接近轴线测点速度的结果。

关键词: 喉栓式变推力发动机, 羽流速度, 可调谐半导体激光吸收光谱, 动态调节, 后燃反应

Abstract:

To investigate the plume velocity characteristics， a numerical simulation model of plume of the pintle controlled solid rocket motor considering afterburning reaction is established， using the finite-rate reaction model and dynamic mesh. The model is combined with Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy （TDLAS） technology to calculate the plume velocity. The transient flow field during the pintle motion is analyzed， and the effects of after-burning reactions and measurement position on velocity measurement investigated. The results show that the transient plume field changes periodically with the reciprocal motion of the pintle. When the pintle tends to close the nozzle， a strong shock wave appears near the nozzle. The downstream plume velocity distribution is more uniform， indicating the reduced influence of the velocity gradient on TDLAS measurement； the afterburning reaction leads to significant changes in the downstream velocity and H₂O component distribution of the plume. Along the downstream direction， the influence of afterburning on the oscillation amplitude of the velocity along the TDLAS optical path gradually increases. In practice， to reduce the influence of afterburning and the velocity gradient， the measuring position should be closer to the nozzle to obtain measurement closer to the axis velocity.

Key words: pintle controlled solid rocket motor, plume velocity, tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS), dynamic regulation, afterburning reaction

中图分类号:

V435⁺.1

王茹瑶, 宋岸忱, 王立民, 王德友, 李军伟, 王宁飞. 基于TDLAS技术的喉栓式变推力发动机羽流速度特性[J]. 航空学报, 2023, 44(17): 128107-128107.

Ruyao WANG, Anchen SONG, Limin WANG, Deyou WANG, Junwei LI, Ningfei WANG. Plume velocity characteristics of pintle controlled solid rocket motor based on TDLAS technique[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(17): 128107-128107.

图/表 17

图 1

图 2

图 3

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表1

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参考文献 28

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测量位置/m	速度随时间变化曲线	幅频特性曲线
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测量位置/m	速度随时间变化曲线	幅频特性曲线
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0.40

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Plume velocity characteristics of pintle controlled solid rocket motor based on TDLAS technique

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