薛帥杰，劉紅軍，洪流，陳鵬飛

1. 西安航天動(dòng)力研究所，西安 710100 2. 液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710100

離心噴嘴因其優(yōu)異的霧化特性，被廣泛應(yīng)用于液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)由于液體在離心噴嘴內(nèi)的漩渦運(yùn)動(dòng)，離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性較復(fù)雜。在不同的擾動(dòng)頻率下，離心噴嘴可能是擾動(dòng)波的阻尼器，也可能是放大器[1]，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性影響較大。為可靠預(yù)示發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性特征，學(xué)者們對(duì)離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性開展了大量的研究。

俄羅斯學(xué)者Bazarov團(tuán)隊(duì)[1-2]首先對(duì)離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究，在較寬的頻率范圍內(nèi)得到了離心噴嘴的線性頻率響應(yīng)特性。Ismailov和Heister[3-4]認(rèn)為由于離心噴嘴噴口邊沿對(duì)旋流腔內(nèi)液體旋轉(zhuǎn)波的反射作用，液體旋轉(zhuǎn)波在旋流腔內(nèi)可能形成諧振振蕩，造成噴嘴流量和噴霧角周期性波動(dòng)。Ahn等[5]通過(guò)在離心噴嘴切向孔入口處施加周期性擾動(dòng)，在噴嘴旋流腔內(nèi)激勵(lì)出諧振振蕩，且當(dāng)擾動(dòng)頻率在100和300 Hz附近時(shí)，噴嘴氣渦直徑和噴霧角的振蕩幅值存在明顯峰值。Khil等[6]通過(guò)在供應(yīng)管路中施加壓力激勵(lì)的方法，對(duì)離心噴嘴在200 Hz以下的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了細(xì)致的研究，結(jié)果表明噴嘴的壓降、液膜厚度、噴霧角等會(huì)對(duì)外加擾動(dòng)會(huì)產(chǎn)生同周期振蕩響應(yīng)，同時(shí)由于Klystron效應(yīng)[7]，當(dāng)擾動(dòng)頻率大于75 Hz時(shí)，振蕩幅值隨頻率的增加而增加。對(duì)于補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，其預(yù)燃室和主燃燒室亦大量使用離心噴嘴噴注液體推進(jìn)劑，但這些離心噴嘴的旋流腔直徑和噴口直徑相等，被稱為敞口型離心噴嘴。敞口型離心噴嘴旋流腔內(nèi)的擾動(dòng)波不會(huì)被噴口邊沿反射[1]，動(dòng)態(tài)特性較好。楊立軍[8-9]和富慶飛[10-11]等在普通離心噴嘴動(dòng)力學(xué)理論[1]基礎(chǔ)上，對(duì)敞口型離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)研究，獲得了噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的影響。Chung等[12]亦采用試驗(yàn)方法研究了敞口型離心噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性的影響。楊立軍[9]、富慶飛[10]和Chung[12]等的研究結(jié)果均表明增長(zhǎng)敞口型離心噴嘴的旋流腔長(zhǎng)度有利于阻尼供應(yīng)系統(tǒng)中的流量振蕩。

補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)燃室的煤油離心噴嘴是一種旋流腔較長(zhǎng)(長(zhǎng)徑比可能超過(guò)10，長(zhǎng)徑比為旋流腔長(zhǎng)度與旋流腔直徑之比)的敞口型離心噴嘴(如圖1所示)。由于預(yù)燃室室壓高[13]，燃?xì)饷芏却?，噴嘴旋流腔?nèi)煤油旋流時(shí)的動(dòng)量損失大，旋流腔下游的液膜較厚[14]。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工況降低時(shí)，噴嘴壓降較低，液膜會(huì)進(jìn)一步增厚[15]，在某些工況下旋流腔下游可能出現(xiàn)液膜“收口”現(xiàn)象(如圖1示意)，旋流腔內(nèi)的氣渦不再“貫通”，即出現(xiàn)了“間斷”。在無(wú)外加擾動(dòng)激勵(lì)條件下，敞口型離心噴嘴旋流腔氣渦出現(xiàn)“間斷”后，氣渦的“間斷”和“貫通”會(huì)交替進(jìn)行，使噴嘴的噴注過(guò)程持續(xù)自激振蕩[16]。則厚液膜、長(zhǎng)旋流腔敞口型離心噴嘴的振蕩噴注過(guò)程可能是液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不穩(wěn)定性的一種誘發(fā)機(jī)制，此時(shí)敞口型離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性與楊立軍[9]、富慶飛[10]和Chung[12]等的研究結(jié)果不同，但目前學(xué)者對(duì)該類離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性開展的研究較少。

本文在大氣環(huán)境下使用水作為工作介質(zhì)，通過(guò)設(shè)計(jì)厚液膜敞口型離心噴嘴，在無(wú)外加擾動(dòng)激勵(lì)的條件下，復(fù)現(xiàn)噴嘴旋流腔氣渦的“間斷”(或液膜“收口”)現(xiàn)象，通過(guò)研究噴嘴的內(nèi)部流動(dòng)過(guò)程和噴嘴噴注過(guò)程的自激振蕩特性，拓展對(duì)敞口型離心噴嘴動(dòng)力學(xué)特性的認(rèn)識(shí)，為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性特征預(yù)示提供參考。

1 試驗(yàn)裝置與測(cè)量方法

1.1 試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法

為研究噴嘴旋流腔氣渦“間斷”時(shí)噴嘴的內(nèi)部流動(dòng)及噴嘴的自激振蕩過(guò)程，設(shè)計(jì)了可測(cè)量噴前壓力脈動(dòng)和觀測(cè)旋流腔內(nèi)流動(dòng)過(guò)程的噴嘴動(dòng)力學(xué)特性研究試驗(yàn)件，如圖2所示。離心噴嘴的部分旋流腔為透明石英玻璃，噴嘴的其余部分為不銹鋼。石英玻璃為矩形，旋流腔位于石英玻璃中心。

表1 敞口型離心噴嘴結(jié)構(gòu)參數(shù)Table 1 Structure parameters of open-end swirl injectors

試驗(yàn)分為兩個(gè)步驟進(jìn)行：① 噴嘴篩選試驗(yàn)，通過(guò)高分辨率Nikon相機(jī)標(biāo)定和測(cè)量噴嘴的液膜厚度，判斷噴嘴旋流腔是否存在氣渦“間斷”現(xiàn)象，篩選合適的動(dòng)力學(xué)特性研究用噴嘴；② 噴嘴動(dòng)力學(xué)特性研究，在無(wú)外加激勵(lì)條件下，通過(guò)脈動(dòng)壓力傳感器測(cè)量噴前壓力的脈動(dòng)過(guò)程，通過(guò)高速相機(jī)觀測(cè)旋流腔內(nèi)氣渦和噴嘴外噴注霧化的振蕩過(guò)程，研究噴嘴的自激振蕩特性。

試驗(yàn)中，通過(guò)高壓氮?dú)鈹D壓貯箱實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)用水供應(yīng)，水的流量通過(guò)貯箱壓力和管路流阻控制，供應(yīng)管路上設(shè)置科氏力質(zhì)量流量計(jì)(型號(hào)：Micro Motion F050)，測(cè)量水的質(zhì)量流量。試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示。

1.2 試驗(yàn)測(cè)量方法

試驗(yàn)中，噴前靜壓通過(guò)壓阻型壓力傳感器測(cè)得，傳感器安裝在靠近噴前的供應(yīng)管路上，采樣頻率為1 000 Hz；脈動(dòng)壓力傳感器安裝在噴前集液腔中心位置(見(jiàn)圖2)，與噴嘴切向孔的縱向距離為17 mm，脈動(dòng)壓力傳感器的型號(hào)為Kistler 6052C型，采樣頻率為10 240 Hz。試驗(yàn)中的各類傳感器和質(zhì)量流量計(jì)在試驗(yàn)前均通過(guò)檢定。

噴嘴篩選試驗(yàn)中，通過(guò)Nikon相機(jī)及其鏡頭直接拍攝旋流腔內(nèi)的液膜，液膜厚度通過(guò)光學(xué)校正方法獲得。液膜厚度的光學(xué)校正方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[18-19]。通過(guò)考慮光線在通過(guò)石英玻璃、旋流腔液膜和大氣環(huán)境等介質(zhì)間界面時(shí)的折射，校正旋流腔液膜的外徑，即旋流腔直徑；通過(guò)考慮光線在石英玻璃、旋流腔液膜、氣渦和大氣環(huán)境等介質(zhì)間界面時(shí)的折射，校正旋流腔液膜的內(nèi)徑，即氣渦直徑。光學(xué)校正方法的可靠性可通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，將不透明的標(biāo)準(zhǔn)圓柱插入注滿水的旋流腔內(nèi)，通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)圓柱的實(shí)際直徑、相機(jī)直接拍攝獲得的直徑及光學(xué)校正后的直徑，可獲得光學(xué)校正方法可靠性及相對(duì)誤差。光學(xué)校正后液膜厚度測(cè)量的相對(duì)誤差小于4%[18]。Nikon相機(jī)型號(hào)為D610，拍攝圖像為24位RGB圖像，圖像分辨率為6 016 pixel×4 016 pixel，每像素表示約0.009 mm×0.009 mm的區(qū)域，圖像分辨精度較高。

噴嘴動(dòng)力學(xué)特性研究試驗(yàn)中，使用LED面光源照射噴嘴及其液霧場(chǎng)，通過(guò)Phantom V12.1型COMS黑白高速相機(jī)及其鏡頭拍攝噴嘴的內(nèi)流和噴嘴出口的霧化過(guò)程，觀測(cè)方法如圖3所示。高速相機(jī)采樣頻率為3 000 Hz(相鄰兩幀圖像間的時(shí)間間隔為333 μs)，曝光時(shí)間為10 μs，拍攝圖像為8位灰度圖像，圖像分辨率為 1 024 pixel×768 pixel，每個(gè)像素表示約0.062 mm×0.062 mm的區(qū)域，拍攝精度可以接受。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 噴嘴篩選試驗(yàn)

在大氣環(huán)境下通過(guò)Nikon相機(jī)獲得噴嘴A和噴嘴B的液膜形態(tài)用于篩選噴嘴，表2給出了噴嘴篩選試驗(yàn)的工況(實(shí)測(cè)工況)。噴嘴的壓降和流量均為30 s測(cè)量時(shí)間內(nèi)的平均值。

圖4給出了表2所示工況下噴嘴的氣渦形態(tài)。噴嘴A旋流腔內(nèi)氣渦的邊界明顯，對(duì)比標(biāo)定數(shù)據(jù)并光學(xué)校正后可得液膜的平均厚度約為1.29 mm，稍厚于理論計(jì)算值，但噴嘴B在旋流腔下游(定義為距噴嘴噴口35 mm的距離范圍)的氣渦形態(tài)與噴嘴A明顯不同，氣渦邊界不明顯，出現(xiàn)了氣渦“間斷”現(xiàn)象，說(shuō)明通過(guò)增加噴嘴長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)液膜增厚、氣渦“間斷”的策略是有效的。同時(shí)，噴嘴B在試驗(yàn)中噴前壓力和流量均出現(xiàn)了明顯的振蕩，噴嘴的內(nèi)流過(guò)程也出現(xiàn)波動(dòng)。選用噴嘴B開展下一步的噴嘴動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究。

表2 噴嘴篩選試驗(yàn)工況Table 2 Working conditions for selecting injector

2.2 噴嘴動(dòng)力學(xué)特性研究

噴嘴B動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)的實(shí)測(cè)工況如表3所示(噴嘴的壓降和流量均為30 s測(cè)量時(shí)間內(nèi)的平均值)。采用脈動(dòng)壓力傳感器獲得噴前壓力的振蕩情況，采用高速相機(jī)獲得旋流腔氣渦和噴注霧化過(guò)程的振蕩過(guò)程。因噴嘴工作在大氣環(huán)境下，噴嘴噴前壓力的振蕩可認(rèn)為是噴注壓降的振蕩。

圖5給出了工況06-04下約0.06 s內(nèi)噴嘴內(nèi)流過(guò)程和噴嘴外噴注霧化過(guò)程。圖5中旋流腔氣渦呈“貫通”→“間斷”→“貫通”→“間斷”的變化，從圖5可以看出：① 噴嘴的內(nèi)流過(guò)程出現(xiàn)了明顯的周期性振蕩(圖5中#1～#7為噴嘴內(nèi)流過(guò)程振蕩的一個(gè)周期，旋流腔氣渦呈現(xiàn)“貫通”→“間斷”→“貫通”的變化)；② 一個(gè)氣渦變化周期內(nèi)，氣渦由“貫通”的柱狀(圖5中#1)發(fā)展為扭曲帶狀(圖5中#2)，帶狀氣渦在發(fā)展過(guò)程中會(huì)在某些截面破碎造成氣渦“間斷”(圖5中#3)，“間斷”的氣渦繼續(xù)發(fā)展會(huì)逐漸“貫通”，形成帶狀氣渦(圖5中#6)和柱狀氣渦(圖5中#7)；③ 氣渦“間斷”時(shí)的噴注過(guò)程具有明顯的Klystron效應(yīng)[6-7](見(jiàn)圖5中#3，#4，#6，#10)，氣渦“間斷”區(qū)域內(nèi)液柱的軸向速度較小[17]，當(dāng)氣渦“間斷”區(qū)域依次通過(guò)噴嘴出口時(shí)，噴嘴出口外射流(霧化液膜)的噴注速度也會(huì)周期性波動(dòng)，運(yùn)動(dòng)速度快的射流會(huì)逐漸“追趕”上運(yùn)動(dòng)速度慢的射流，在液體表面張力的作用下，射流周期性出現(xiàn)局部褶皺堆積現(xiàn)象，即形成Klystron效應(yīng)，該效應(yīng)是發(fā)動(dòng)機(jī)低頻和中頻不穩(wěn)定性的一種誘發(fā)機(jī)制[6-7]；④ 扭曲的帶狀氣渦會(huì)使噴嘴外液膜射流螺旋形發(fā)展，造成噴霧角周期性變化(站在高速相機(jī)角度看)?？傊?，噴嘴內(nèi)流過(guò)程的周期性變化導(dǎo)致了噴注霧化過(guò)程的周期性振蕩，且霧化過(guò)程的振蕩較復(fù)雜，是氣渦的多種波動(dòng)過(guò)程疊加作用的結(jié)果。

表3噴嘴B動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)工況

Table3WorkingconditionsfordynamiccharacteristicsofInjectorB

工況編號(hào)噴注壓降/MPa水流量/(g·s-1)06-010.05486.706-020.14137.606-030.20168.106-040.31207.806-050.40236.006-060.50263.906-070.63296.206-100.96365.606-111.04380.606-121.09389.606-131.20408.806-141.30425.506-151.43446.3

圖5中旋流腔內(nèi)流過(guò)程和噴注霧化過(guò)程的振蕩過(guò)程較復(fù)雜(存在氣渦“間斷”及Klystron效應(yīng))，液膜厚度和噴霧角等參數(shù)的變化不足以表示噴嘴的振蕩特性，本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)旋流腔或液霧場(chǎng)部分區(qū)域的圖像亮度隨時(shí)間的變化來(lái)反映氣渦“間斷”和噴注霧化過(guò)程的振蕩特性。將圖像統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)各像素點(diǎn)的亮度值求和并無(wú)量綱化，即得該區(qū)域的無(wú)量綱亮度Iimage，高速相機(jī)圖像的亮度統(tǒng)計(jì)區(qū)域如圖6所示。旋流腔內(nèi)流過(guò)程亮度統(tǒng)計(jì)區(qū)域的高度約為帶狀氣渦一個(gè)扭曲節(jié)的高度，液霧場(chǎng)亮度統(tǒng)計(jì)區(qū)域的高度約為液膜褶皺的高度。

工況06-04下旋流腔氣渦及霧化過(guò)程的振蕩過(guò)程如圖7所示(圖中：Iimage為圖像無(wú)量綱亮度,t為時(shí)間)。旋流腔氣渦振蕩過(guò)程曲線的信噪比較好且周期性明顯，而液霧場(chǎng)振蕩過(guò)程曲線的信噪比較差，這在一定程度上反映了液霧場(chǎng)振蕩過(guò)程的多樣性。通過(guò)對(duì)振蕩過(guò)程進(jìn)行快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform, FFT)，可得振蕩過(guò)程的幅頻特性，如圖8所示(圖中：Aimage為圖像無(wú)量綱亮度振蕩幅值,f為頻率)。旋流腔氣渦的振蕩主頻約為29.3 Hz，霧化過(guò)程的振蕩主頻約23.4 Hz。

試驗(yàn)中，使用脈動(dòng)壓力傳感器測(cè)量了噴前的脈動(dòng)壓力pp。圖9和圖10分別給出了工況06-04噴前壓力脈動(dòng)過(guò)程及其幅頻特性(圖10中Ap為脈動(dòng)壓力振蕩幅值)。由圖9和圖10可以看出：① 噴前壓力出現(xiàn)了明顯的振蕩，振蕩“峰峰”約0.13 MPa，約為噴嘴壓降的42.0%；② 噴前壓力的振蕩頻率約26.1 Hz，且在5～120 Hz之間，振蕩過(guò)程具有較高的能量。噴前壓力振蕩的原因可能是：旋流腔氣渦的“間斷”會(huì)引起旋流腔內(nèi)流體的軸向和平均切向速度減小，若氣渦“間斷”區(qū)域上游的流體速度保持不變，由于液體介質(zhì)的可壓縮性較小，則可能在氣渦“間斷”區(qū)域會(huì)產(chǎn)生擾動(dòng)波并沿旋流腔向上游傳播，由于噴嘴切向孔和旋流腔對(duì)低頻擾動(dòng)的阻尼較小[1]，傳遞到噴前集液腔的擾動(dòng)波會(huì)導(dǎo)致噴前壓力振蕩以及流量振蕩。另外，在同一工況條件下，噴嘴內(nèi)流過(guò)程、霧化過(guò)程和噴前壓力的振蕩頻率稍微差別，其原因一方面可能是噴嘴自激振蕩的非線性特征造成的，另一方面可能是圖像處理方法帶來(lái)的誤差。

試驗(yàn)中，隨著噴注壓降(或噴嘴流量)增加，噴嘴內(nèi)流過(guò)程、噴注霧化過(guò)程和噴前壓力的振蕩始終存在。對(duì)噴注霧化圖像振蕩數(shù)據(jù)和噴前壓力脈動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT分析，可得不同工況下各觀測(cè)點(diǎn)的振蕩主頻，如圖11所示(圖中：Δp為噴注壓降，fdominant為振蕩主頻)。各工況下旋流腔氣渦、噴注霧化過(guò)程和噴前壓力的振蕩主頻隨工況的變化趨勢(shì)基本一致且基本保持在10～45 Hz之間，厚液膜離心噴嘴的自激振蕩可能是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)低頻不穩(wěn)定性的一種誘發(fā)機(jī)制。圖12給出了噴前壓力振蕩的“峰峰”值和相對(duì)峰值(壓力振蕩“峰峰”值與該工況下噴前壓力平均值之比)隨工況的變化趨勢(shì)(圖中：pp-p為壓力振蕩“峰峰”值；Rp-p為壓力振蕩相對(duì)峰值)。隨噴嘴壓降增加，噴前壓力振蕩的“峰峰”值增加，但相對(duì)振蕩幅值逐漸減小；通過(guò)分析不同工況下壓力振蕩相對(duì)峰值與其振蕩主頻的相關(guān)性[20]，可得其相關(guān)系數(shù)|r|=0.49，即在給定的工況范圍內(nèi)壓力振蕩相對(duì)峰值與其振蕩主頻具有顯著的相關(guān)性[20]。

2.3 關(guān)于噴嘴自激振蕩的討論

根據(jù)2.1和2.2節(jié)試驗(yàn)研究與分析結(jié)果，對(duì)厚液膜敞口型離心噴嘴，在無(wú)外加激勵(lì)且無(wú)工況或結(jié)構(gòu)參數(shù)周期性改變的條件下，當(dāng)液膜厚至一定程度時(shí)，旋流腔氣渦出現(xiàn)了周期性“間斷”和“貫通”現(xiàn)象，噴嘴旋流腔的內(nèi)流過(guò)程、噴注霧化過(guò)程和噴前壓力均發(fā)生持續(xù)的振蕩，且振蕩頻率接近，即噴嘴出現(xiàn)了自激振蕩現(xiàn)象。又由于噴注壓降對(duì)噴嘴自激振蕩過(guò)程的影響不顯著，噴注壓降較高時(shí)噴嘴自激振蕩仍存在且振蕩頻率的變化有限，則噴注壓降振蕩對(duì)氣渦振蕩的影響可能有限，噴嘴自激振蕩穩(wěn)定維持的主導(dǎo)原因可能不是噴注壓降與氣渦間的耦合振蕩。

基于圖5給出的噴嘴內(nèi)流過(guò)程，并參考文獻(xiàn)[21-22]對(duì)旋流腔內(nèi)液膜和氣渦流動(dòng)過(guò)程的描述(為維持旋流腔內(nèi)液膜穩(wěn)定，液膜和氣渦的壓力需維持平衡，氣渦內(nèi)氣體的流動(dòng)是維持氣渦壓力的重要條件，氣體從噴嘴噴口進(jìn)入旋流腔并貼液膜表面流出，如圖13所示[21])，推測(cè)噴嘴的自激振蕩過(guò)程是旋流腔內(nèi)液膜流動(dòng)與氣渦流動(dòng)耦合作用的結(jié)果，如圖14所示，圖中箭頭表示氣渦內(nèi)氣體運(yùn)動(dòng)的流線。離心噴嘴旋流腔較長(zhǎng)，流體在旋流過(guò)程中動(dòng)量損失較大，在旋流腔下游液膜逐漸增厚[17](見(jiàn)圖14(a)和圖5中#1)，當(dāng)液膜厚至一定程度時(shí)氣渦通道狹窄，氣渦內(nèi)氣流無(wú)法維持相向流動(dòng)，使氣渦內(nèi)的壓力無(wú)法維持(見(jiàn)圖14(b)和圖5中#2)，液膜會(huì)再次增厚，繼而氣渦出現(xiàn)“間斷”(見(jiàn)圖14(c)和圖5中#3～#5)，但氣渦“間斷”后，“間斷”區(qū)域軸線附近液體的切向速度會(huì)突增(液體旋流運(yùn)動(dòng)時(shí)角動(dòng)量守恒[17])，導(dǎo)致軸線附近液體的靜壓突降，液膜“收口”無(wú)法穩(wěn)定維持，為維持旋流腔內(nèi)壓力平衡，氣渦從噴口位置逐漸向旋流腔上游貫通(見(jiàn)圖14(d)和圖5中#6～#7)。

3 結(jié) 論

為獲得厚液膜敞口型離心噴嘴的自激振蕩特性，在大氣環(huán)境且無(wú)外加激勵(lì)條件下，通過(guò)增加噴嘴長(zhǎng)度來(lái)增厚旋流腔液膜的方法，使噴嘴的內(nèi)流過(guò)程和霧化過(guò)程出現(xiàn)了持續(xù)的自激振蕩，并使用脈動(dòng)壓力傳感器和高速相機(jī)獲得了噴嘴自激振蕩時(shí)噴前壓力、旋流腔內(nèi)流過(guò)程和噴注霧化過(guò)程的振蕩特性。本文研究表明：

1) 噴嘴自激振蕩時(shí)，噴前壓力、旋流腔內(nèi)流過(guò)程和噴注霧化過(guò)程均出現(xiàn)持續(xù)振蕩，且振蕩頻率接近。

2) 自激振蕩過(guò)程中，旋流腔氣渦周期性地“間斷”和“貫通”；氣渦“間斷”時(shí)噴注過(guò)程具有顯著的Klystron效應(yīng)。

3) 隨噴注壓降增加，噴嘴的相對(duì)振蕩峰值減小，且振蕩頻率與相對(duì)振蕩峰值顯著相關(guān)。

4) 噴嘴的自激振蕩過(guò)程可能由旋流腔內(nèi)液膜流動(dòng)過(guò)程與氣渦流動(dòng)過(guò)程的耦合作用主導(dǎo)。

下一步將對(duì)噴嘴的自激振蕩過(guò)程開展詳細(xì)的數(shù)值仿真研究，分析和驗(yàn)證噴嘴自激振蕩過(guò)程的自持機(jī)制，為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)燃室煤油離心噴嘴的動(dòng)力學(xué)特性分析與建模提供參考。