大长径比固体火箭发动机压力振荡的数值研究
摘要
压力振荡现象普遍存在于固体火箭发动机燃烧室内，剧烈的压力振荡会导致
推进剂燃速变化、推力曲线异常、外弹道轨迹偏离甚至是发动机结构损坏等灾难
性后果。大长径比固体火箭发动机平时可以稳定工作，而在外界气流产生一定幅
度的扰动时出现剧烈的压力振荡。因此，对外界扰动对燃烧室内的压力振荡问题
展开研究具有重要意义。本文以此为背景，通过理论分析、数值计算相结合的方
法对外界扰动作用下发动机燃烧室内流场压力振荡特性进行研究，主要内容如下：
以VKI发动机为模型，对发动机冷流与热流工作状态下燃烧室声学特性进
行分析，对发动机在冷流与热流头部施加扰动方式下不同扰动频率和扰动振幅对
于燃烧室内压力振荡的影响进行数值研究。随着燃气温度的升高，燃烧室内声固
有频率逐渐提高，对外界扰动产生的压力振荡逐渐敏感。在扰动频率接近声基频
或者倍频时，燃烧室内的振幅会增大，一阶声频附近所激发的压力振荡幅值高于
二阶声频附近所激发的压力振荡振幅；在相同扰动频率下，随着扰动振幅的增加，
燃烧室内压力振荡幅值会进一步增大。
以拉姆导弹的研制过程为背景，选取大长径比发动机管型装药与翼柱型装药
的初期、中期、末期三种典型工作时刻的燃烧室作为计算模型，结合对两种燃烧
室的声学特性，对不同扰动频率对于燃烧室内压力振荡的影响进行数值研究。燃
烧室受到外部扰动时会对燃烧室内部的压力振荡特性产生作用，在扰动频率接近
声频，燃烧室内的振幅会得到明显增大，扰动频率远离声频，燃烧室内的振幅会
减小，起决定性作用的是一阶声频。随着发动机工作进程的推进，受外界扰动所
产生的压力振幅逐渐提高，两种装药燃烧室的稳定性越来越差。在发动机工作前
中期翼柱型装药受外界扰动作用下的稳定性高于管型装药，在工作末期翼柱型装
药受外界扰动作用下的稳定性低于管型装药。发动机装药的几何结构会使燃烧室
振荡频率发生改变，翼柱装药尾部相较于管型装药的空腔结构存在阻尼作用，使
得燃烧室内振荡幅值减小。
关键词：大长径比；压力振荡；固体火箭发动机；扰动频率
大长径比固体火箭发动机压力振荡的数值研究
Abstract
Pressureoscillationiscommoninthecombustionchamberofsolidrocketmotors,
andviolentpressureoscillationscanleadtocatastrophicconsequencessuchas
propellantcombustionratechanges,abnormalthrustcurves,deviationofexternal
ballistictrajectoryandevenenginestructuraldamage.Thelargelength-diameterratio
solidrocketmotorusuallyworkstably,butwhentheexternalairflowproducesacertain
amplitudeofdisturbance,thereisaviolentpressureoscillation.Therefore,itisofgreat
significancetostudythepressureoscillationproblemofexternaldisturbancesinthe
combustionchamber.Basedonthisbackground,thispaperstudiestheoscillation
characteristicsofflowfieldpressureinthecombustionchamberoftheengineunder
externaldisturbancethroughtheoreticalanalysisandnumericalcalculation,and