基于CFD的液体火箭发动机喷管型面优化

摘要

在火箭发动机喷管的型面优化及性能预估中,采用了一种基于计算流体力学(CFD)的优化方法,其中的CFD计算软件采用了有限体积形式的隐式LU分解方法对二维和轴对称N-S方程组及组分输运方程组进行了求解。数值模拟的结果同已有的实验数据和计算结果进行了对比,显示了该软件对于火箭发动机喷管内流场的计算具有很高的效率。使用了三种不同的优化算法(序列二次规划法,遗传算法和交叉算法)对轴对称的喷管型面进行了优化设计,对目标喷管的一维、二维、无粘、有粘、冻结流和化学反应流的流场进行了数值计算,并从喷管的摩擦损失,化学非平衡损失和非轴向损失三个方面对喷管推力提高的原因进行了分析比较,研究结果表明:采用三种优化方法得出的不同型面的喷管推力都有了明显的提高。