高曉會

摘 要：本文在壓力水筒中研究了用于火箭發(fā)動機水下試驗的消波裝置。消波裝置由整流格柵、消波堤和回流擋板組成，能夠降低火箭發(fā)動機水下噴流對試驗環(huán)境和性能測試精度的影響。

關(guān)鍵詞：火箭發(fā)動機；水下試驗；消波裝置

1引言

火箭發(fā)動機能在短距離內(nèi)獲得高速，并且能在很深的水下工作，可用于火箭助飛深水炸彈、潛射導彈、超空泡魚雷等快速攻擊武器，是一種有效的水下武器[1] 。火箭發(fā)動機具有結(jié)構(gòu)簡單、隱蔽性強、機動能力好、和可靠性高的技術(shù)特點，經(jīng)常用作潛射導彈的一級動力。

與地面工作的火箭發(fā)動機相比，水下工作的火箭發(fā)動機工作環(huán)境更加復雜，發(fā)動機點火啟動特性、工作性能等都有顯著的不同。水下試驗是考核火箭發(fā)動機性能的重要途徑。目前，科研性質(zhì)的小尺寸火箭發(fā)動機試驗多在壓力釜中進行，中大尺寸火箭發(fā)動機的水下試驗往往在真實水下環(huán)境中進行，試驗周期長、耗資巨大。大型壓力水筒作為氣體加壓式水下試驗臺，更適合中小型火箭發(fā)動機進行水下試驗的技術(shù)研究和型號研制。

壓力水筒作為水下試驗臺，通過氣體加壓方式控制筒內(nèi)水面的壓力，從而模擬固定火箭發(fā)動機的工作水深。由于壓力水筒的尺寸和空間有限，筒內(nèi)水環(huán)境深度較小，火箭發(fā)動機試車時產(chǎn)生的高溫燃氣從噴管高速噴出，對筒內(nèi)水環(huán)境的流場造成較大影響。由于水是不可壓流體，高溫燃氣噴流在有限空間內(nèi)迅速傳播，沖擊筒壁后形成反射，進一步加劇了對發(fā)動機試車環(huán)境和性能測試精度的影響。

本文設(shè)計了一種用于火箭發(fā)動機水下試驗的消波裝置，可以削弱發(fā)動機水下試驗時的水流浪涌和回流，保證水下試驗環(huán)境和性能測試精度。

2 試驗條件

火箭發(fā)動機的水下試驗在壓力水筒中進行，該壓力水筒長10m，內(nèi)部直徑3m，水筒的尾部設(shè)置均壓艙隔板，將水筒分為兩部分，以增加筒內(nèi)的空氣體積，降低發(fā)動機工作過程中水面壓力增幅。

壓力水筒的工作壓力0.6MPa（表壓），極限最高工作壓力1.0MPa，可以模擬水深60m、最大推力2t的火箭發(fā)動機水下試驗條件，具備采集發(fā)動機主推力的能力，開展水下發(fā)動機推進原理研究。

3 研究對象

消波裝置布置在壓力水筒內(nèi)腔的尾部，由整流格柵、消波堤和回流擋板三個部件組成。整流格柵成V字形結(jié)構(gòu)并正對發(fā)動機尾噴口，開口的角度大于90°，V形的左右整流面為開孔板，能夠?qū)⑽矅娍趪娚湫纬傻乃讼騼蓚?cè)導流。消波堤布置在高處并部分露出水面，同樣成V字形結(jié)構(gòu)并指向發(fā)動機尾噴口，開口的角度小于90°，V形的上下消波面為開孔板，能夠削弱水面的波浪強度?；亓鲹醢鍖ΨQ設(shè)置在壓力水筒內(nèi)壁上，在發(fā)動機尾噴口與整流格柵之間形成通道，并且防止水流從兩側(cè)回流。

4 文獻調(diào)研

通過調(diào)研孔板消波作用的相關(guān)研究成果，本文明確了孔板傾角、開孔率等參數(shù)對反射、透射和消波系數(shù)的影響，從而對消波裝置的具體參數(shù)進行設(shè)計。

在消波堤方面，張洪雨等[2] 對多層變孔徑傾斜孔板組成的消波裝置進行了試驗研究，總結(jié)了孔板傾角、間距等參數(shù)對反射、透射和消波系數(shù)的影響，試驗表明多層孔板傾角為30°和45°時，消波裝置的消波效果得到了明顯的提升，尤其是30°時，試驗范圍內(nèi)，消波效果達到最佳。這歸因于傾斜30°放置的多層孔板不僅能夠消除波浪在水平方向的動能，而且能極大地消除其在豎直方向的勢能，從而達到更好的消波效。王國玉[3] 等對多層孔板組成的透空式防波堤結(jié)構(gòu)進行了試驗研究，結(jié)了孔板開孔率等參數(shù)對對波浪反射系數(shù)、透射系數(shù)的影響，發(fā)現(xiàn)在開孔率為 20%和30% 時，其對波浪的反射系數(shù)較小。

在回流擋板方面，汪宏等[4] 對雙層開孔直立式板結(jié)構(gòu)的消波板進行了試驗研究，總結(jié)不同開孔形式在規(guī)則波作用下的透射系數(shù)，發(fā)現(xiàn)透射系數(shù)隨著開孔率的增大而增大，并且對于波長較大的波浪時，透射系數(shù)變化更大（開孔率分別為 4.6%、18.3%和32.1%）。

5 設(shè)計參數(shù)

整流格柵為穿孔板結(jié)構(gòu)，V字形結(jié)構(gòu)開口角度確定為120°，軸向跨距650mm，橫向跨距2000mm，高1500mm。格柵的開孔直徑為50mm、孔間距為93mm，厚度為20mm，以應對高速水流的沖擊強度。整流格柵通過螺栓固定在壓力水筒的底座上，并通過方鋼管焊接在均壓艙隔板上。

消波堤的結(jié)構(gòu)形式為透空式傾斜平板，與水平面的傾斜角為30°，軸向跨距600mm，橫向跨距2000mm，高1500mm。消波堤的開孔率約為30%，開孔直徑為50mm，孔間距為85mm。消波堤焊接在均壓艙隔板上，上下兩層鋼板成V型以增大支撐強度。

回流擋板透空式直立平板，分立在壓力水筒兩側(cè)，寬700mm，高1000mm，厚度10mm。開孔率為30%，擋板的開孔率約為30%，開孔直徑為50mm，孔間距為85mm。回流擋板通過螺栓固定在壓力水筒的底座和斜撐上。

消波裝置的材質(zhì)均采用304不銹鋼，以應對水下試驗的材料銹蝕問題。

參考文獻：

[1] 潘哲，王寶壽，宋志平.火箭發(fā)動機水下分離特性試驗研究[J].船舶力學，2004（4）：22-26.

[2] 張洪雨，張鑫.多層變孔徑傾斜孔板式消波裝置的試驗研究[J].應用科技，2015，42（04）：74-80.

[3] 王國玉，趙唯佼，項竹青，et al.開孔傾斜平板消波效果試驗研究 [J].水利水電科技進展，2017（1）：22-26，83.

[4] 汪宏，沈麗玉，王勇，et al.雙層開孔直立式板結(jié)構(gòu)的消波性能試驗[J].水運工程，2011（2）：21-25.

（作者單位：中航工程集成設(shè)備有限公司）