● 摘要
固液混合火箭发动机是一种极具应用前景的动力系统，但是，其燃烧效率低和固体燃料燃速低的缺点制约着固液混合火箭发动机的进一步发展。针对这一问题本文提出了一种提高燃烧效率和燃速的新方法，其为一种固体装药由前后两种不同药形药柱组合而成的固液火箭发动机，文中称之为双药形组合固液火箭发动机。
双药形组合结构通过前后装药的相互作用来扰动燃气、促进推进剂间掺混，本文从理论分析、数值仿真和试验研究的角度，验证了该结构提升固液火箭发动机燃烧效率和燃速的可行性。
在数值仿真部分中，建立了纯气相的三维数值仿真模型，针对不同长度单孔装药和三孔装药组合的固液火箭发动机的内流场进行了仿真计算，得到了温度、燃烧组分质量分数等参数的三维流场分布，以及燃烧效率、比冲效率和燃速等发动机性能参数。试验研究以现有的Φ100mm试验用固液火箭发动机为平台，以90%H2O2/PE为推进剂，开展了6个双药形组合试验组和2个单一药形对照组的对比试验，得到了燃烧室压力、推力、燃烧效率、平均燃速等试验数据，并分析了其燃烧特性。
数值仿真与试验研究结果都显示双药形组合结构可以提升固液火箭发动机的燃烧效率和燃速。在仿真结果中双药形组合固液火箭发动机的燃烧效率提高了15%，达到了95%，同时后段装药的燃速提升了100%；在试验结果中其燃烧效率提高了5%-10%，达到了94.8%，双药形组合后段装药的燃速提升了20%。6个不同装药长度组合的双药形组合试验组发动机的仿真和试验燃烧效率均分布在90%-95%的范围内，变化不大，说明只需装药设计能使发动机保持最佳氧燃比，双药形组合固液火箭发动机燃烧室性能就能实现最大化。