固体火箭发动机碳/碳复合材料喷管的传热及烧蚀特性研究

郭镇源; 戴艳俊; 王云刚

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (6) : 21 -31.

郭镇源, 戴艳俊, 王云刚

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摘要

为精确分析火箭发动机喷管烧蚀过程及准确预测喷管壁面的烧蚀率，基于FLUENT软件和自定义函数二次开发程序，建立考虑化学烧蚀、机械侵蚀和壁面退移的动态耦合模型，采用数值方法模拟喷管内的流动传热和烧蚀，分析了喷管内的流动、传热、烧蚀特性以及影响烧蚀的主要因素。模拟结果表明：喷管喉部上游区域烧蚀最为严重，第5 s时，烧蚀率峰值为0.44 mm·s^-1;化学烧蚀是造成喷管烧蚀的主要原因，与喷管入口压力和温度正相关；辐射换热对烧蚀的影响主要体现在点火初期；机械侵蚀主要发生在喷管收敛段区域，与颗粒粒径和质量流量近似成正比，颗粒粒径为100μm时，机械侵蚀率峰值为0.04 mm·s^-1,粒径每增大25μm,机械侵蚀率峰值增加0.01～0.02 mm·s^-1,质量流量每增大0.2 kg·s^-1,机械侵蚀率峰值约增加0.015 mm·s^-1。该研究可为固体火箭发动机喷管的热防护设计提供参考。