红外与激光工程
2022, 51(10): 20220023
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 光学辐射重点实验室, 北京 100854
火箭发动机喷焰涉及复杂的流动、复燃和辐射效应, 并对喷焰辐射的光学探测跟踪有着重要的影响。以固体火箭发动机为研究对象, 建立喷焰化学反应复燃数值模拟方法和视线光辐射传输数值计算方法, 对不同飞行条件下的喷焰流动、辐射特性进行计算分析, 重点考察复燃效应对不同高度喷焰辐射特性的影响。研究结果表明: 复燃效应引起喷焰温升可达到1 000 K, 并使得喷焰谱带辐射强度有10倍以上的增强; 对于不同谱带辐射强度会随高度先升后降, 最大的高度在20~30 km, 短波2.7 μm波段有约17倍的辐射增强, 中波4.3 μm波段约有16倍增强, 可见复燃引起辐射增强作用H2O分子的贡献大于CO2分子的贡献。研究结果可为进一步的理论研究和工程应用提供参考。
固体火箭发动机 复燃效应 红外辐射 数值模拟方法 solid rocket motor afterburning effect infrared radiation numerical simulation methods 红外与激光工程
2018, 47(9): 0904003
合肥电子工程学院脉冲功率激光技术国家重点实验室, 安徽 合肥 230037
为了定量研究复燃对固体火箭尾焰红外辐射特性的影响，建立了一个可以计算固体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型：使用Fluent软件计算固体火箭尾焰复燃流场；分别使用窄带模型和米氏散射理论计算气体和Al2O3的辐射参数；使用有限体积法(FVM)求解尾焰中的辐射传输方程(RTE)。利用上述模型，分别研究了复燃对无Al2O3粒子和含有Al2O3粒子两种固体火箭尾焰红外辐射特性的影响，并分析了对二者影响差异的原因。结果表明，复燃使无粒子尾焰光谱辐射强度增幅显著，在2.5～3.0 μm和4.2～4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了46.4%和58.4%；复燃使含粒子尾焰光谱辐射强度增幅较小，在2.5～3.0 μm和4.2～4.7 μm两个波段平均辐射强度的增加比例分别为7.7%和8.4%。初步分析认为，复燃使两种尾焰温度增幅不同导致了辐射增幅的差异。
红外辐射 复燃的影响 有限体积法 固体火箭尾焰
电子工程学院 脉冲功率激光技术国家重点实验室, 合肥 230037
为了定量研究复燃对液体火箭尾焰红外辐射特性的影响, 建立了一个可以计算液体火箭尾焰复燃流场和红外辐射特性的模型.首先, 使用FLUENT软件计算液体火箭尾焰复燃流场, 其中尾焰中的复燃反应使用有限速率化学反应模型计算; 然后, 使用基于HITEMP数据库的窄带模型计算尾焰内气体的辐射参量; 最后, 使用有限体积法求解尾焰中的辐射传输方程.通过比较该模型计算的Titan IIIB尾焰光谱辐射强度与(美国)国家航空航天局公布结果的一致性, 证明了该模型的正确性.最后, 利用该模型计算了复燃对某液体火箭尾焰光谱和波段红外辐射强度的影响, 结果表明, 复燃反应可以显著增加尾焰红外光谱辐射强度, 在2.5~3.0 μm和4.2~4.7 μm两个主要辐射波段平均辐射强度的增加比例分别达到了30.8%和28.3%, 所以, 在计算液体火箭尾焰准确的红外辐射特性时, 需要考虑复燃的影响.
红外辐射 液体火箭尾焰 复燃 有限速率化学反应 有限体积法 Infrared radiation Liquid rocket exhaust plume Afterburning Finite rate chemistry reaction Finite volume method
