姜 毅，周 帆，張學(xué)文

（北京理工大學(xué)宇航學(xué)院，北京 100081）

超聲速高溫沖擊射流注水流場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究

姜 毅，周 帆，張學(xué)文

（北京理工大學(xué)宇航學(xué)院，北京 100081）

為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)羽流沖擊流場(chǎng)的溫度，減弱其對(duì)發(fā)射裝置的沖擊和燒蝕作用，對(duì)超聲速高溫沖擊射流的注水流場(chǎng)開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)高速攝影和紅外熱像儀兩種非接觸式測(cè)量設(shè)備對(duì)無(wú)注水和注水兩種狀態(tài)下的沖擊流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比拍攝，并且使用熱電偶對(duì)底板沖擊區(qū)的溫度進(jìn)行了測(cè)量。對(duì)注水兩相沖擊流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)和溫度場(chǎng)分布進(jìn)行了深入分析和研究，并與無(wú)注水狀態(tài)下流場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，得出了通過(guò)注水方式可以減少核心區(qū)長(zhǎng)度和面積，降低迎氣面溫度，減弱其熱沖擊燒蝕效應(yīng)的結(jié)論。

超聲速?zèng)_擊射流；注水；熱燒蝕；溫度分布；流場(chǎng)結(jié)構(gòu)

0 引 言

在火箭、導(dǎo)彈從點(diǎn)火到起飛的過(guò)程中，其后的高速高溫燃?xì)馍淞鲗_擊發(fā)射裝置迎氣面，它不僅可能引起發(fā)射裝置的振動(dòng)響應(yīng)和飛行器飛行的初始擾動(dòng)，而且還可能對(duì)發(fā)射裝置產(chǎn)生嚴(yán)重的燒蝕作用。為了延長(zhǎng)發(fā)射裝置的使用壽命，降低維護(hù)成本，迫切需要一種成本低廉、操作簡(jiǎn)單的方式來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)羽流沖擊流場(chǎng)的溫度。在點(diǎn)火時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)羽流沖擊流場(chǎng)中注入大量冷卻水是一種性價(jià)比較高的降溫措施，該措施已經(jīng)在歐洲［1］、美國(guó)［2］的大型發(fā)射場(chǎng)得到應(yīng)用，能夠有效地減弱熱沖擊燒蝕效應(yīng)。

由于超聲速?zèng)_擊射流流場(chǎng)具有復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，早年通常是采用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行研究［3］。近20年來(lái)，由于CFD技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外也開(kāi)始了用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)該類問(wèn)題數(shù)值模擬［3］，取得了一定成果。相對(duì)于超聲速?zèng)_擊射流流場(chǎng)來(lái)說(shuō)，注水后其流場(chǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。注水的主要目的是通過(guò)冷卻水霧化后形成細(xì)小的水滴與高溫燃?xì)饨佑|后汽化來(lái)吸收燃?xì)庵械臒崃?，從而降低燃?xì)馍淞鳑_擊流場(chǎng)的溫度。在超聲速高溫沖擊射流注水流場(chǎng)中，常溫水射流與超聲速高溫燃?xì)馍淞髦g存在強(qiáng)烈的相互作用，液滴將在超聲速燃?xì)饬髦邪l(fā)生二次破碎、變形、湍流擴(kuò)散、蒸發(fā)、液滴間碰撞及氣液相間耦合作用，利用數(shù)值方法很難準(zhǔn)確地模擬出這種具有高溫高速特征的兩相流現(xiàn)象，因此需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)該類型的兩相流場(chǎng)進(jìn)行研究。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)具有代表性的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)羽流沖擊流場(chǎng)的注水效果進(jìn)行了研究，旨在得出注水對(duì)高溫高速燃?xì)鉀_擊射流溫度場(chǎng)分布的影響。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 火箭發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室設(shè)計(jì)總溫、總壓分別為3000K、7MPa，由一維等熵流的基本公式可計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)出口馬赫數(shù)為3.5，出口溫度在2000K左右。此設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)于大多數(shù)火箭導(dǎo)彈的尾焰具有代表性，可以由此次實(shí)驗(yàn)研究得出一些一般性結(jié)論。根據(jù)推進(jìn)劑的性能和實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)出發(fā)動(dòng)機(jī)的模型如圖1所示。為了獲得較穩(wěn)定的燃?xì)馍淞?，必須保持燃燒室壓力基本不變，故發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱采用恒面燃燒的方式保證燃燒速率恒定，得到本次實(shí)驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力曲線如圖2所示。由于本次實(shí)驗(yàn)需要較為清楚地觀察到實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)的分布，因此特別選用燃燒煙霧含量低的復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑來(lái)做藥柱，這樣可以減少煙霧對(duì)圖像拍攝的干擾。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型圖Fig.1 Schematic diagram of engine

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力變化曲線Fig.2 Pressure graph of engine chamber

1.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

為了便于布置紅外熱像儀和高速攝影儀以及更真實(shí)地模擬火箭發(fā)射情景，實(shí)驗(yàn)采用立式實(shí)驗(yàn)方式，兩個(gè)注水噴頭對(duì)稱布置于發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴出口正下方，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)架主要由發(fā)動(dòng)機(jī)安裝板、底板以及4根支桿組成。為保證穩(wěn)定及傳感器安裝需要，底板下另有若干下支桿支撐。在底板沖擊區(qū)域附近布置有4個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，以發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴出口中心軸線與底板的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，從距原點(diǎn)2.6 de處開(kāi)始，每隔1.3 de布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖所示（de表示發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴出口直徑）。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.3 Schematic diagram of experimental installation

圖4 溫度測(cè)點(diǎn)分布示意圖（單位：de）Fig.4 Schematic diagram of temperature measuring point distribution

立式實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架高度的確定。由于實(shí)驗(yàn)臺(tái)架過(guò)高會(huì)造成整體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，一旦底板受力不均勻容易出現(xiàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架傾倒的現(xiàn)象，這樣就會(huì)給固定實(shí)驗(yàn)臺(tái)架增添負(fù)擔(dān)；而高度不夠又會(huì)導(dǎo)致射流核心區(qū)內(nèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能夠觀測(cè)完全，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。所以必須在滿足實(shí)驗(yàn)觀測(cè)要求的情況下使得實(shí)驗(yàn)臺(tái)架高度最小。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的擴(kuò)張半角和出口馬赫數(shù)大小，實(shí)驗(yàn)臺(tái)架的設(shè)計(jì)參照了射流核心區(qū)的長(zhǎng)度估算公式［3］：

1.3 注水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

為了保證在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注水水壓恒定，實(shí)驗(yàn)采用水泵作為注水系統(tǒng)的動(dòng)力源。注水系統(tǒng)組成及安裝位置如圖3所示。為了能夠清楚地拍攝注水射流與高溫燃?xì)庵髁鲹交斓暮暧^現(xiàn)象，特別采用兩側(cè)注水的方式，注水方向與水平方向的夾角α＝2β，β為噴管的擴(kuò)張半角（β＝15°）。為了清楚觀察到水射流對(duì)燃?xì)庵髁鞯臄D壓作用，根據(jù)無(wú)注水狀態(tài)下所測(cè)得的圖像將兩個(gè)注水噴嘴的水射流交匯點(diǎn)定在第一個(gè)波節(jié)端面和第二個(gè)波節(jié)端面之間。該交匯點(diǎn)距離發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴出口中心的距離xw＝3.4de。為了在相同水流量下使得水流的動(dòng)壓較大，將兩個(gè)注水噴嘴均設(shè)計(jì)為直柱形噴嘴，口徑相同，且dw＝0.16de。兩個(gè)噴嘴注水質(zhì)量流率之和qw＝2.4qg，qg為發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)赓|(zhì)量流率。

1.4 測(cè)試設(shè)備簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)用主要測(cè)試設(shè)備包括高速攝影儀一臺(tái)，紅外熱像儀一臺(tái)，熱電偶4個(gè)。高速攝影儀和紅外熱像儀都是非接觸式測(cè)量設(shè)備，不會(huì)對(duì)流型產(chǎn)生影響；熱電偶是接觸式測(cè)量設(shè)備，將其安放在射流沖擊底板，測(cè)得沖擊流場(chǎng)在測(cè)點(diǎn)位置處的總溫，可以盡量減少對(duì)流場(chǎng)形態(tài)的干擾。

高速攝影設(shè)備采用的是美國(guó)生產(chǎn)的Phantom系列V10型號(hào)高清攝像機(jī)。實(shí)驗(yàn)中為了更清楚地看清流型的細(xì)節(jié)，選擇最大分辨率2400×1800，采樣率設(shè)為480幅／s。值得一提的是在實(shí)驗(yàn)中采用了“EDR——極限動(dòng)態(tài)范圍曝光控制”，這是目前非常先進(jìn)的二次曝光技術(shù)。它通過(guò)對(duì)不同的視景區(qū)域采用不同的曝光時(shí)間來(lái)抑制過(guò)亮的發(fā)光區(qū)域，正是由于運(yùn)用了該項(xiàng)技術(shù)才很好地捕捉到了實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)中清晰的波系結(jié)構(gòu)。

紅外熱像儀使用的是日產(chǎn)TVS2000，響應(yīng)波長(zhǎng)范圍35.4μm，采集速度30幅／s，分辨率為0.1℃。該熱像儀多次應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)馍淞鞯臏囟葓?chǎng)測(cè)試，根據(jù)以往標(biāo)定得到的數(shù)值［4］來(lái)設(shè)定實(shí)驗(yàn)中燃?xì)獾妮椛湎禂?shù)。根據(jù)紅外熱像儀的測(cè)溫原理，對(duì)不同的物質(zhì)應(yīng)該采用不同的輻射系數(shù)，而一次實(shí)驗(yàn)中只能設(shè)定一個(gè)輻射系數(shù)，所以在所拍攝注水流場(chǎng)的紅外熱像圖中只有無(wú)水霧的區(qū)域溫度場(chǎng)分布是有效數(shù)據(jù)。

熱電偶采用的是美國(guó)NANMAC公司的E12系列產(chǎn)品，極限測(cè)溫范圍高達(dá)3000℃左右。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)中未注水流場(chǎng)和注水流場(chǎng)的相同位置的對(duì)比測(cè)量得出底板降溫效果。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比與分析

實(shí)驗(yàn)使用高速攝影儀和紅外熱像儀分別對(duì)無(wú)注水自由射流和兩側(cè)注水兩種不同狀態(tài)下的流場(chǎng)進(jìn)行了對(duì)比拍攝。由于燃?xì)馍淞鞯耐牧鲝?qiáng)度很大而水射流與高溫高速燃?xì)庵髁髦g的相互作用又是高度非定常的［5］，因此無(wú)論是無(wú)注水狀態(tài)下的自由射流還是注水狀態(tài)下的燃?xì)馀c水的混合流場(chǎng)都是非定常流場(chǎng)。于是從高速攝影和紅外熱像儀所拍攝的一系列時(shí)間序列圖片中選取了最具有代表性的幾張圖片來(lái)進(jìn)行分析，并且對(duì)底板處熱電偶所測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比和分析。

2.1 高速攝影結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)高速攝影所拍攝到的圖像可以清晰地看出無(wú)注水和注水兩種狀態(tài)下流場(chǎng)波系結(jié)構(gòu)及流場(chǎng)主要形態(tài)，而相對(duì)溫度的高低也可以通過(guò)亮度的對(duì)比進(jìn)行分析，無(wú)注水和注水狀態(tài)下的高速攝影圖片分別見(jiàn)圖5、6。為了表述得更加清楚，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管出口、水管出口、底板、波節(jié)端面、核心區(qū)頂點(diǎn)等位置均標(biāo)于圖上。

圖5 無(wú)注水狀態(tài)流場(chǎng)高速攝影圖Fig.5 Picture of flow field under condition of no－water－injected by high－speed photography

圖6 注水狀態(tài)流場(chǎng)高速攝影圖Fig.6 Picture of flow field under condition of water－injected by high－speed photography

從圖5中可以清晰地看到無(wú)注水自由射流狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)射流一共有5個(gè)以上的波節(jié)，其核心區(qū)分布區(qū)域與估算結(jié)果比較接近。該流型核心區(qū)部分流場(chǎng)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，波系結(jié)構(gòu)基本無(wú)變化，在接近底板處流場(chǎng)由于沖擊效應(yīng)出現(xiàn)振蕩，尤其是在最后一個(gè)波節(jié)端面與底板之間振蕩十分明顯，這與姚朝暉［6］等的研究結(jié)果一致。該狀態(tài)下燃?xì)馍淞鞯牡?、2個(gè)波節(jié)端面的位置都基本穩(wěn)定，其中x1＝2.1de，x2＝4.9de。在對(duì)底板沖擊區(qū)域的觀察中發(fā)現(xiàn)，實(shí)際沖擊燒蝕區(qū)域大約為一個(gè)di＝（5～6）de的圓形區(qū)域，di為沖擊燒蝕區(qū)域直徑。

而兩側(cè)注水狀態(tài)下高溫燃?xì)庵髁鞯牟ü?jié)只有兩個(gè)清晰可見(jiàn)（見(jiàn)圖6）。第一個(gè)波節(jié)端面位置與無(wú)注水狀態(tài)下保持一致，基本穩(wěn)定在x1′＝2.1de；第二個(gè)波節(jié)端面由于受到注水影響，在x2′＝4.7de～5.1de之間變化。燃?xì)庵髁鞯暮诵膮^(qū)被壓縮成一個(gè)等腰三角形的區(qū)域，由于非定?，F(xiàn)象十分明顯，該三角形區(qū)域的頂角并不固定，在0.5β～β之間發(fā)生劇烈變化；與之相對(duì)應(yīng)的核心區(qū)長(zhǎng)度也出現(xiàn)了較大范圍的變動(dòng)：x′＝7.4de～10de。由于燃?xì)庵髁鳒囟鹊难杆俳档?，在注水情況下底板并沒(méi)有出現(xiàn)高溫?zé)g區(qū)域，這也證明了注水降溫的可行性。

通過(guò)有無(wú)注水狀態(tài)下高速攝影圖片的對(duì)比分析可以看出，由于受到注水的阻滯和擠壓作用，該狀態(tài)下前兩個(gè)波節(jié)膨脹得比無(wú)注水狀態(tài)下要更厲害（桶形波節(jié)的直徑擴(kuò)大），并且溫度也升高（注水狀態(tài)下前兩個(gè)波節(jié)亮度更高）。這都體現(xiàn)出注水對(duì)該燃?xì)鉀_擊射流的主流產(chǎn)生了顯著的影響，在一定程度上改變了主流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和溫度場(chǎng)分布。

2.2 紅外熱像儀結(jié)果對(duì)比分析

通過(guò)紅外熱像儀測(cè)得的圖像可以看到無(wú)注水和注水兩種狀態(tài)下溫度流場(chǎng)的宏觀分布，分別見(jiàn)圖7和8。兩圖中紅色部分代表1000℃以上的高溫區(qū)域，藍(lán)色部分代表室溫，約27℃，其它顏色代表過(guò)渡溫度。

圖7 無(wú)注水狀態(tài)流場(chǎng)紅外熱像儀圖Fig.7 Picture of flow field under condition of no－water－injected by infrared thermograph

圖8 注水狀態(tài)流場(chǎng)紅外熱像儀圖Fig.8 Picture of flow field under condition of water－injected by infrared thermograph

在無(wú)注水狀態(tài)下可以清楚看到高溫燃?xì)馍淞鞯倪吔缫约案邷睾诵膮^(qū)的分布。從圖7中左半部分可以得出燃?xì)馍淞鞯膴A角大概為β～15β，其中高溫區(qū)域的分布與高速攝影圖像中發(fā)光區(qū)域的分布大致一致。在底板附近，由于燃?xì)馑俣妊杆俳禐榱悖霈F(xiàn)了滯止升溫現(xiàn)象，此高溫區(qū)域與沖擊燒蝕區(qū)域范圍基本一致。

從圖8可以清楚地看到注水后高溫區(qū)域的范圍縮小到只有一個(gè)三角形，其形狀和大小與高速攝影所拍攝到的流場(chǎng)形態(tài)是比較接近的。在注水狀態(tài)下，從核心區(qū)往下整個(gè)流場(chǎng)都被水霧所籠罩，根據(jù)紅外熱像儀的成像原理，無(wú)法正確顯示出水相的溫度，因此只能對(duì)核心區(qū)頂點(diǎn)以上的圖像進(jìn)行分析。根據(jù)紅外數(shù)據(jù)測(cè)得燃?xì)庵髁鞯暮诵膮^(qū)三角形區(qū)域的頂角為0.7β～0.9β，核心區(qū)長(zhǎng)度為x′＝8.3de～9.5de（由于紅外熱像儀的采樣率遠(yuǎn)低于高速攝影，故所得到的數(shù)據(jù)變化范圍都小于高速攝影的數(shù)據(jù)）。此外，從圖8中還可以看出，由于受到水流的擠壓和汽化吸熱作用，核心區(qū)末端附近的溫度已經(jīng)下降到1000℃以下。由于量程限制（1000℃以上溫度無(wú)法用顏色區(qū)分），在紅外熱像圖中無(wú)法觀察到水射流的擠壓和阻滯作用所造成的交匯點(diǎn)之前的燃?xì)庵髁魃郎噩F(xiàn)象。

2.3 熱電偶結(jié)果對(duì)比分析

從熱電偶所測(cè)得的數(shù)據(jù)來(lái)看（見(jiàn)圖9），無(wú)注水情況下，從射流沖擊中心往外溫度下降較為明顯，最外側(cè)的測(cè)點(diǎn)溫度下降至各測(cè)點(diǎn)中最高溫度的70%左右（曲線2）。而注水情況下，4個(gè)測(cè)點(diǎn)的溫度值比較接近，最高溫度和最低溫度的溫度差值不足5%，變化幅值較小（曲線1）。而注水情況下溫度與無(wú)注水情況下溫度的比值在0.57～0.82之間，降溫效果比較明顯（曲線3）。與曲線1、2相對(duì)應(yīng)，從中心往外注水的降溫相對(duì)值逐漸減小。因此可以分析得到在中心附近注水與燃?xì)獾膿交旖禍匦Ч用黠@，從中心往外降溫效果逐漸下降。

圖9 熱電偶測(cè)點(diǎn)溫度對(duì)比圖Fig.9 Graph of temperature by thermocouples

2.4 注水效果綜合對(duì)比分析

對(duì)高速攝影和紅外熱像儀所拍攝的圖片進(jìn)行綜合分析可以得知：在實(shí)驗(yàn)的注水條件下，水射流并沒(méi)有完全進(jìn)入燃?xì)庵髁?，在接觸到燃?xì)庵髁鞯暮诵膮^(qū)外邊界時(shí)就已經(jīng)發(fā)生了劇烈的摻混和汽化，致使整個(gè)實(shí)驗(yàn)流場(chǎng)都被水霧所充斥。同時(shí)由于水射流的擠壓和阻滯作用使得交匯點(diǎn)之前的燃?xì)鉁囟壬仙?，波?jié)直徑也隨之增大，阻礙作用比較明顯。由以上現(xiàn)象可以看出在實(shí)驗(yàn)的注水條件下，注水射流雖然無(wú)法完全阻斷燃?xì)馍淞骱诵膮^(qū)的形成，但是可以依靠自身的動(dòng)壓進(jìn)入燃?xì)庵髁鞯暮诵膮^(qū)，并且通過(guò)摻混和汽化作用改變?nèi)細(xì)庵髁鞯男螤?，并減少燃?xì)庵髁鞯暮诵膮^(qū)長(zhǎng)度和核心區(qū)面積。

同時(shí)通過(guò)對(duì)底板沖擊區(qū)域的熱電偶溫度數(shù)據(jù)以及燒蝕區(qū)域大小的分析可以直觀地看到：在保證一定的水壓和水量的情況下，注水可以對(duì)高溫燃?xì)鉀_擊流場(chǎng)的迎氣面起到保護(hù)作用，降低其溫度，尤其是可以顯著降低射流沖擊中心點(diǎn)附近的溫度；注水狀態(tài)下的沖擊區(qū)域不再出現(xiàn)燒蝕現(xiàn)象，迎氣面得到有效保護(hù)。

3 結(jié) 論

（2）在實(shí)驗(yàn)注水條件下，水射流并沒(méi)有完全進(jìn)入燃?xì)庵髁?，在接觸到燃?xì)庵髁鞯暮诵膮^(qū)外邊界時(shí)就已經(jīng)發(fā)生了劇烈的摻混和汽化。但是由于擠壓和阻滯作用卻升高了燃?xì)庵髁髟诮粎R點(diǎn)之前的溫度，并增大了波節(jié)端面的直徑；

（3）由于核心區(qū)溫度在整個(gè)射流區(qū)域中最高，因此在相同沖擊距離情況下，核心區(qū)的長(zhǎng)度和面積往往能決定沖擊流場(chǎng)熱燒蝕作用的強(qiáng)弱。在實(shí)驗(yàn)注水條件下，有效地減少了核心區(qū)長(zhǎng)度和核心區(qū)面積，從而達(dá)到了降低沖擊區(qū)域溫度和減弱沖擊區(qū)域燒蝕作用的目的；

（4）在實(shí)驗(yàn)注水條件下，通過(guò)對(duì)沖擊底板處布置的一系列溫度測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)射流中心附近的降溫效果比中心往外區(qū)域更加顯著，注水降溫效果沿徑向直線下降。

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姜 毅（1965－），男，漢族，云南，教授，博士，研究方向：兵器發(fā)射理論與技術(shù)。通訊地址：北京理工大學(xué)宇航學(xué)院（100081）；E－mail：zf7198＠163.com。

Experimental study on flow field of high temperature supersonic impinging jet injected by water

JIANG Yi，ZHOU Fan，ZHANG Xue－wen
（School of Aerospace Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China）

In order to decrease the temperature of flow field of engine plume impinging jet，and weaken the impact and ablation effect on the launcher，an experimental study was developed on flow field of high temperature supersonic impinging jet injected by water.The films of flow field were photographed and compared under two conditions of no－water－injected and water－injected by two non－contact measuring devices of high－speed photography and infrared thermograph，and the temperature of impinging region on bottom plate was measured by thermocouples.Two－phase impinging flow structure and temperature distribution under condition of water－injected were detailedly analyzed and researched，and then compared with condition of no－water－injected.It is concluded that the length and area of potential core have been reduced，the temperature of head face can be decreased，and the thermal impact and ablation effect can be weakened by water injection.

supersonic impinging jet；water injection；thermal ablation；temperature distribution；flow structure

V433.9

A

1672－9897（2011）04－0032－05

2010－08－12；

2010－12－03