旋转飞行器固体火箭发动机涡核流动的数值模拟研究

"旋转飞行器固体火箭发动机内涡核流动的数值分析" 该研究主要探讨了旋转飞行器固体火箭发动机内部的涡核流动特性及其对飞行器稳定性的影响。作者郜冶、刘平安和杨丹通过数值计算方法模拟了发动机的流场，揭示了旋转对轴向涡核流动的增强效应。在发动机旋转过程中，涡核的形成和延伸是关键特征，这不仅影响到喷管入口处的流动状态，还加剧了由于喷管结构和喉道直径小引起的振荡运动。 涡核在经过喷管时，由于非对称压力分布，产生了扰动侧向力，这种力可能导致旋转飞行器出现章动不稳定性，这是旋转固体火箭发动机设计中必须考虑的重要因素。章动不稳定性在小卫星发射的最后阶段尤其关键，因为小卫星通常采用自旋稳定，而章动现象可能使发射任务失败。 文献中提到，早有研究者注意到类似问题，如上世纪80年代美国的Star-48旋转固体火箭发动机在实际运行中就出现了章动现象。涡核流动是由燃烧室头部至喷管的轴向流动，其产生是由于气流加速和推进剂表面燃烧气流注入，进一步影响燃烧室压力和推进剂的燃烧速率。 研究中采用了非稳态连续性方程、动量方程和能量方程组成的控制方程组，并选择了标准的k-ε湍流模型。数值模拟的离散格式为压力相关项的一阶精度，扩散项和对流项的二阶迎风格式，SIMPLE算法用于压力-速度耦合，近壁区处理则采用了强化壁面函数。所有计算都在Fluent 6.2软件上完成。 此项研究的结果对于优化旋转飞行器固体火箭发动机的设计至关重要，有助于减少章动不稳定性，提高发射任务的成功率。通过深入理解和控制涡核流动的影响，可以为未来固体火箭发动机的性能提升和飞行器稳定性控制提供理论支持和实践指导。