喷管对水下爆轰发动机推力性能影响的数值模拟研究

摘要

为研究水下爆轰发动机的推力性能，推导了简化水下爆轰发动机模型的推力计算方法，基于VOF多相流模型，针对采用空气为氧化剂、汽油蒸气为燃料的不同喷管构型水下爆轰发动机，进行了数值模拟研究。探讨了水下爆轰发动机的推力来源，以及不同当量比、不同喷管构型下发动机的推进性能。结果表明：水下爆轰发动机的推力来源主要有内推力壁面、环形推力壁面和喷管壁面三个部分。其中内推力壁面的推力对总推力的贡献超过67%,环形推力壁面的推力对总推力的贡献超过16%。发动机出口的复杂波系和爆轰产物与发动机壁面作用，形成了水下爆轰发动机推力曲线的多个尖峰。在加装不同的喷管后，喷管对推力性能的改善有显著作用，收敛喷管能够增强水下爆轰的反射激波的强度，但喷管壁面带来的负推力使得比冲和平均推力相比直喷管降低了11.31%。扩张喷管削弱水下爆轰的透射激波和反射激波，但喷管压力作用面积的增加使得比冲和平均推力较直喷管提升28.09%,能够显著提高水下爆轰发动机的推力性能。

关键词

水下爆轰发动机 / 激波 / 推力 / 喷管构型

基金资助

国家自然科学基金青年基金项目(12302438); 江苏省自然科学基金资助项目(BK20220919); 瞬态物理重点实验室基金项目(6142604210203)