真空羽流

在真空環境下，發動機羽流將經歷連續流、過渡流、稀薄流等流動狀態，並伴隨非平衡化學反應和多種激波產生等，使羽流流動狀態的描述以及相關問題的研究變得極為複雜。

真空羽流的迅速膨脹特性還可能在噴管內部產生激波，影響噴管的工作性能，從而對探測器的穩定起飛帶來較大影響。因此，需在探測器底面安裝羽流導流裝置，來減小探測器上升過程中受到的羽流擾動效應。

基本介紹

• 中文名：真空羽流
• 外文名：Vacuum plume
• 條件：真空環境
• 影響：對探測器的穩定起飛
• 抑制：安裝羽流導流裝置
• 領域：航空航天

簡介

在真空環境下，發動機羽流將經歷連續流、過渡流、稀薄流等流動狀態，並伴隨非平衡化學反應和多種激波產生等，使羽流流動狀態的描述以及相關問題的研究變得極為複雜。

真空羽流的迅速膨脹特性還可能在噴管內部產生激波，影響噴管的工作性能，從而對探測器的穩定起飛帶來較大影響。因此，需在探測器底面安裝羽流導流裝置，來減小探測器上升過程中受到的羽流擾動效應。

背景

火箭（飛彈）發射時，高溫高速燃氣從發動機噴管噴出，形成射流。點火時，射流對處於射流影響區內的物體產生衝擊，從而影響火箭（飛彈）發射的穩定性。為防止射流對火箭（飛彈）造成嚴重衝擊，須設定導流裝置，將射流導引至安全的方向和空間進行排放。

隨著載人航天、深空探測的發展，探測器的地外天體發射起飛將會越來越多。如同地面發射，發動機羽流所誘發的振動以及反濺氣流會對上升級產生氣動力干擾。為了確保起飛任務的安全，需開展基於地外天體起飛的真空羽流導引技術研究。

模擬試驗

由於羽流的影響可直接關係到探測器的正常工作，僅僅依靠數值仿真是不夠的，必須開展羽流導引的地面模擬試驗驗證。

地面模擬試驗的難點有 3 個方面：

1）空間環境的模擬；

2）真實發動機的羽流模擬；

3）數據採集和數據處理。

為了獲得真空環境，一般是採用真空艙（含真空抽氣系統）的方式，並在真空艙內設定液氮熱沉系統，以獲得較高的真空度。由於發動機對工作條件要求的苛刻，在羽流導引模擬試驗中，如何確保發動機的真實工作狀態是關鍵。鑒於試驗模擬的空間環境、試驗設備、試驗周期以及成本的限制，開展真實發動機的全尺寸羽流導引試驗是非常困難的。為此，可進行縮比模擬試驗研究，即利用縮比發動機獲得相關試驗數據，再根據縮比準則計算真實發動機的羽流導流場參數。為確保縮比模擬試驗的有效性，必須保證縮比試驗流場與真實發動機流場的相似性。要做到兩個流場的完全相似實際上是辦不到的，通常只要做到主要的參數相同或相似即可，即部分相似。採用部分相似所得到的試驗數據即使通過修正也無法推算出完整的流場參數，因此，為驗證導引方案的導流效果並獲得完整的流場參數，還需要在縮比試驗和充分仿真分析的基礎上，進行全尺寸的羽流導引試驗驗證。

真空羽流