四喷管火箭发动机尾焰红外辐射传输模型分析

摘要

在运载火箭上升过程中，多喷管产生的羽流之间会发生相互作用，导致底部流场结构及温度分布改变，进而影响尾焰的红外辐射特性。故以C-2四喷管液体火箭尾焰为研究对象，利用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值仿真方法，获取了15 km、25 km、35 km、45 km共4组四喷管火箭尾焰的流场数据；利用逐线积分法，实现了不同高度下CO₂红外光谱吸收与发射系数的计算；在此基础上，结合局部热力学平衡条件，构建了四喷管尾焰红外辐射传输模型，分析了飞行高度上升过程中羽流膨胀、复燃反应后移与红外辐射强度演变之间的内在机理。结果表明，随高度升高，羽流作用增强，45 km高度高温区域面积较15 km、25 km、35 km分别扩大2倍、1.6倍、1.2倍，氧含量减少与混合延迟导致复燃反应位置后移，尾焰轴向辐射减弱后移，径向呈近场高温核心区、远场双峰辐射特征。研究结果可为多喷管火箭尾焰的红外隐身与探测提供数据参考。

关键词

四喷管液体火箭 / 尾焰流场 / 红外光谱辐射特性 / 辐射传输模型 / 光谱辐射强度