海上热发射高温冲刷特性研究与热防护设计
摘要
火箭热发射阶段尾部高温高速尾焰对于发射支撑结构的热冲刷烧蚀是带来火箭发
射不稳定性和发射设备毁伤的重要因素，因此进行火箭热发射高温尾焰流畅特性排导
研究与射流热防护研究意义重大。火箭发射阶段向下喷射高温高压的燃气射流尾焰对
下方结构进行高温冲刷，此时发射船、发射台及发射起竖装置会受到极强的冲击载荷
和高温烧蚀，燃气流的复燃作用也会影响火箭发射区域的高温载荷分布。因此火箭尾
焰排导技术和烧蚀防护进行研究具有重要意义。本文从工程应用角度出发，开展了海
上热发射高温冲刷特性及烧蚀防护设计研究。
首先，本文围绕海上火箭热发射高温冲刷特性、海上火箭热发射高温尾焰排导技
术和海上火箭热发射高温尾焰烧蚀防护技术等国内外研究现状进行了详细总结，并对
热流场的数值计算理论方法进行了研究，主要包括流场控制方程、湍流数值模型和有
限体积法理论。
其次，采用雷诺时均法（RNS）的k??SST两方程模型，对纯气相作用下某型固
体火箭发动机尾焰流场进行数值模拟，对喷管出口下游临近结构进行了分析，突破了
火箭热发射高温尾焰的湍流场数值模拟技术，进行了火箭热发射尾焰冲刷特性的研究，
主要包括火箭热发射尾焰在不同高度情况下温度、压力及速度的分布特性，并对火箭
发射过程中的速度场和温度场进行了分析。
然后，基于CFD计算方法完成了导流锥排导装置、导流锥结合导流槽排导装置火
箭发射系统的热流场数值分析，利用导流技术将燃气流导引到无破坏作用的方向，减
少对发射船、发射台及发射起竖装置的燃气流冲击和烧蚀，获取不同工况下导流锥装
置对火箭发射尾焰的导流作用，并对火箭发射装置典型结构的温度分布情况进行了探
究，探究了海上火箭热发射高温尾焰燃气流的运动规律，分析了喷管出口距离导流锥
顶高度和喷管出口距离甲板高度对局部结构温度分布的影响。
最后，在导流锥和导流槽排导防护技术研究的基础上，对耐高温玻璃纤维增强性
双马树脂、钢结构支撑复合型热防护涂层、钢板防护等烧蚀防护材料进行研究，对不
同温度区域设计具体的烧蚀防护方案，并在某型号火箭实际海射成功发射后，对烧蚀
防护效果进行现场勘查，验证了本论文烧蚀防护设计方案的可行性。
关键词：海上热发射；高温尾焰；热冲刷；排导技术；烧蚀防护
海上热发射高温冲刷特性研究与热防护设计
Abstract
Thethermalerosionandablationofthetailflameoftheengineonthestructureofthe
launchpad,thestructureofthelaunchshipandotherlaunching-relatedstructuresinthethermal
launchstageoftherocketisanimportantfactoraffectingthestabilityoftherocketlaunchand
thesafetyofthelaunchequipment.Therefore,thethermalinfluenceofthehightemperature
tailflameoftherocketthermallaunchontheadjacentstructuredownstreamofthenozzleoutlet
isconsideredinthedesign.Itisofgreatsignificancetostudyhightemperaturetailflame
conductionandjetthermalprotectioninrocketthermallaunch.Intherocketlaunchstage,the
downwardinjectionofhigh-temperatureandhigh-pressuregasjettailflamewillcarryouthigh-
temperaturescouron