运载火箭是用于输送飞船、卫星等有效载荷的重要且唯一的运输工具，各航天大国都在大力发展。随着人类探索宇宙的不断深入，对运载火箭的飞行距离和运载能力的要求也越来越高。而运载火箭的运载能力主要由捆绑火箭发动机的个数和单台发动机的推力所构成，推力越大，捆绑个数越多，则运载能力越大。而现役的运载火箭已满足不了大有效载荷、长飞行距离的需求，新一代运载火箭应运而生。

与现役运载火箭相比，新一代运载火箭在地面推力、发动机出口参数等方面变化显著，燃气射流的温度、速度、火焰长度、一级发动机总排气量、点火后火箭在发射台上的停留时间以及发射时的噪声等都显著增加，而与之相配套的新型发射场导流系统则需要承受比原来发射环境严苛得多的热效应、冲击效应、烧蚀效应等相关效应。为了保证发射场导流系统的使用寿命并节约成本，需要想办法来减少燃气射流所带来的环境效应问题。而国外部分发射场为了达到相同目的，已经做出了探索，并且取得了较好的效果。

欧洲Ariane 火箭发射时（图5.19）就采用注水的方式来降低导流装置的温度，并进行了仿真计算，得到了许多有用的结果。美国肯尼迪航天发射中心（图5.20）也采用注水方式来降低装置温度，并且有效降低了燃气射流噪声，防止其对火箭飞行产生重大影响。而注水方式是一种简易而有效的高性价比降温降噪方式，因此，配置大流量冷却水系统用来冷却发射台、导流槽等装置并降低火箭起飞前时间段内的噪声成为首选方案。

图5.19　Ariane 火箭发射瞬间

图5.20　肯尼迪航天发射中心

据国外资料，喷水冷却系统在欧洲Ariane 火箭发射平台上获得了应用，法国航天局于1992—1993 年组织进行了大量的小比例试验，从而确定了冷却水的优化喷射方案。

1998—1999 年，法国航天局应用仿真软件对某固体火箭发动机发射试验台喷水降温问题进行了专门研究，并根据仿真结果确定了最终的喷水方案，其设计结果可以有效降低导流槽壁面附近的燃气温度达18%，降低燃气流速20%。喷水设施分为两个部分，一部分为径向喷水，其目的是吸收射流的动能和热能，喷水量为燃气流量的40%；另一部分为底部喷水，目的是冷却射流冲击到的导流槽壁面，喷水量为燃气流量的110%。其部分研究结果如图5.21～图5.23 所示。

(www.daowen.com)

图5.21　未喷水导流槽内温度

图5.22　初步设计喷水系统作用后导流槽内温度

图5.23　优化设计喷水系统作用后导流槽内温度

从图5.21～图5.23 中可以看出，经优化设计后的喷水系统，可以极大地降低导流槽内的温度及其影响范围。

图5.24　NASA 喷水降噪试验装置

NASA（美国国家航空航天局）于1997年开始对高速喷管进行喷水降噪的研究，共发表相关AIAA（美国航天航空学会）报告6 篇左右，最新的一篇报告发表于2007 年，主要研究喷水对混合区降噪的影响。 美国相关报告的研究方法为针对喷水的质量流量、 喷水位置以及雾化模式三个方面进行研究，研究结论分别为：① 喷水的质量流量越大，噪声降低越明显；② 在喷管出口位置喷水比在射流混合区喷水降噪效果更为显著；③ 喷水越接近喷管轴线，降噪效果越好；④ 雾化模式对于降噪的影响相对较小。NASA 喷水降噪试验装置如图5.24 所示。此外苏联拜科努尔航天发射场在导流槽内同样采用了喷水降噪技术。而在国内关于此方面的研究还较少。