理论教育 燃气射流动力学基本概念简介

燃气射流动力学基本概念简介

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:燃气射流动力学是流体力学的一个分支,主要研究火箭导弹发射时,火箭发动机喷管喷出的高温高速燃气射流流动规律及其对周围设施和环境的影响。根据容器内与周围环境的压强比,燃气射流可以分为亚声速燃气射流和超声速燃气射流。而对于超声速燃气射流,过膨胀状态与欠膨胀状态下的波系结构又有所不同。首先,火箭导弹发射过程中,燃气射流会对发射系统的结构与设备产生较大的机械冲击与热力学烧蚀。

燃气射流动力学基本概念简介

燃气射流动力学流体力学的一个分支,主要研究火箭导弹发射时,火箭发动机喷管喷出的高温高速燃气射流流动规律及其对周围设施和环境的影响。在20 世纪早期,随着喷气推进技术的出现,人们开始对从火箭发动机等喷出的高温高速的燃气射流现象有了直观上的认识。根据容器内与周围环境的压强比,燃气射流可以分为亚声速燃气射流和超声速燃气射流。从物理现象来说,亚声速燃气射流与超声速燃气射流存在明显差异,后者在射流核心区能够看到明显的激波−膨胀波交替出现的波系结构。而对于超声速燃气射流,过膨胀状态与欠膨胀状态下的波系结构又有所不同。可见,燃气射流包含许多有趣而又复杂的物理现象。

工程实践中,人们主要关注火箭发动机产生的燃气射流对火箭导弹发射性能、火箭运载能力、导弹红外信号以及周围设备和环境的影响。首先,火箭导弹发射过程中,燃气射流会对发射系统的结构与设备产生较大的机械冲击与热力学烧蚀。为了防止结构设备被燃气射流损坏,需要设计燃气射流排导。其次,一部分弹射发射的导弹需要在空中进行点火,而点火高度决定了燃气射流对地面人员与设备的影响。最后,在火箭导弹飞行的过程中,不同的燃气射流会产生不同的尾迹,对应不同的红外信号特征,影响其隐身能力。总结起来,燃气射流问题主要分为两类:一类是研究燃气射流现象的流动规律,另一类是研究燃气射流对环境的影响作用。(www.daowen.com)

早期研究燃气射流问题时(20 世纪80 年代前),和流体力学的其他分支的模式相同,研究方法主要是在总结试验现象的基础上,提出一些经验计算模型和公式。典型方法有射流积分法与射流自模性,这两种方法适用于对自由燃气射流的理论分析。而由于燃气射流对环境的影响较为复杂,主要采用的是试验方法。20 世纪80 年代后,随着计算机技术水平的迅速发展,计算流体力学得到迅猛发展,使人们可以在假设越来越少的条件下从理论上对燃气射流现象进行计算研究。同时,随着测试技术的高速发展,如今可以对燃气射流对周围环境的影响进行可靠的直接测量和间接测量,这为研究燃气射流问题提供了更加有力的手段。

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