大膨脹比的噴管在地面試車以及發動機的起動和關機過程中，會產生氣流分離現象:在瞬變狀態下噴管內氣流的分離流動通常呈現複雜的非軸對稱性，從而引發噴管側向載荷，嚴重時會造成噴管振動、發動機使用壽命縮短、噴管結構破壞等後果。
基本介紹
- 中文名：氣流分離
- 外文名：Flow separation
- 發生：發動機的起動和關機過程
- 引起：噴管側向載荷
- 影響：損壞噴管
- 領域：航空航天
簡介,背景,影響,原因,
簡介
大膨脹比的噴管在地面試車以及發動機的起動和關機過程中，會產生氣流分離現象:在瞬變狀態下噴管內氣流的分離流動通常呈現複雜的非軸對稱性，從而引發噴管側向載荷，嚴重時會造成噴管振動、發動機使用壽命縮短、噴管結構破壞等後果。
背景
深空探測要求我們必須擁有超過當前發射地球軌道衛星或載人航天的能力，而且要做到成本和計畫風險極小化、技術風險可控化。在各種探測過程中，推進系統與技術的發展是衛星與探測器成功發射的基礎，其中技術最為成熟、最可靠的推進系統為化學推進，而固體火箭發動機由於其成本低、反應快、易操作等優點已成為國內外探測火箭的發展方向。隨著深空探測技術的發展，助推級動力系統的噴管擴張比越來越大，進而滿足探空火箭的高比衝要求。這些火箭發動機噴管都是按照給定工作高度的環境壓強下設計的，以求在實際工作中獲得最佳性能。一般地，高空工作的發動機是通過高模試車和地面試車獲得其性能數據，但高模試車台受發動機尺寸影響，費用昂貴且模擬高空能力有限，研究高空噴管地面性能與高空性能的差異對降低發動機研製成本、提高發動機可靠性具有深遠意義。
氣流分離
氣流分離影響
深空探測研究中，火箭噴管的地面試車環境與高空工作環境的不同主要影響高溫燃氣在噴管內的流動狀態，當發動機地面試車時，燃氣過度膨脹而使噴管擴張段內粘性附面層中氣流的動能不足以克服激波前後的壓強梯度，使得擾動能夠沿著附面層的亞聲速向上游傳播，導致激波進入噴管，從而使氣流與壁面發生分離。流動分離會對噴管的熱防護和推力穩定性帶來較大影響。因為氣流分離的不對稱性會產生危險的橫向載荷,即所謂的側向載荷,這會損壞噴管。
原因
主要是因為流動出現分離後，建立的瞬態流場內出現分離激波間斷，經過激波後參數劇烈變化，同時由於高速流動、近壁激波與邊界層的相互干擾和低溫空氣的卷吸摻混導致在激波後形成複雜的湍流脈動。受限激波後渦的變化影響導致壓強處於波動狀態。
