摘要
不稳定燃烧是固体火箭发动机研制过程中经常出现的问题，严重时会危害发动机性能，甚至可能造成发动机爆炸。尽管对于不稳定燃烧现象的研究已经经过了几十年的发展，但抑制不稳定燃烧仍旧是发动机研制过程中的一个难题。在近些年国内外发动机的试验过程中，发动机在地面静止试验中未监测到剧烈的不稳定燃烧现象，而在飞行试验中却发生了不稳定燃烧，这可能与不同试验中的壳体约束有关。目前关于发动机不稳定性在天地试验中的不一致性方面还缺乏足够的研究，因此有必要研究发动机在不同壳体约束条件下的燃烧不稳定性。本文针对地面试验与飞行试验在发动机壳体约束条件方面的差异，通过数值仿真研究，对比不同约束条件下发动机结构的振动模态，研究发动机在不同工作阶段和不同约束条件下的燃烧不稳定性。主要研究内容如下： 结合喷管阻尼的相关理论和试验对数值计算方法进行验证，分析了脉冲强度、发动机长径比和燃气温度对发动机喷管阻尼的影响，发现脉冲强度对喷管阻尼的影响很小，喷管阻尼系数的绝对值随着长径比的增大而减小，随着燃气温度的升高而增大。 对不同工作阶段发动机结构的振动模态和声腔的声模态进行了研究，分析了装药厚度变化对模态的影响，发现装药量的减少对结构振动的振型没有影响，但会改变固有频率，声腔的各阶声振频率随装药量的减少有所提高；研究了不同发动机壳体约束对结构振动模态的影响，发现壳体约束会使振型产生变化，并且会使固有频率提高。 研究了发动机在不同工作阶段和不同壳体约束条件下的燃烧不稳定性，分析了发动机结构与内部流场的相互作用以及约束条件对发动机结构振动和压力振荡的影响。发现发动机在工作后期稳定性降低，更容易被触发出压力振荡；发动机结构与内部流场的相互作用会造成结构的径向振动和压力的小幅振荡，但对轴向压力振荡影响很小；壳体约束会对结构的径向振动频率造成影响；在发动机结构和流场没有发生耦合共振的情况下，壳体约束对发动机的轴向不稳定性影响很小。
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