Page 157 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 齐 治，等： 品字形三喷管火箭橇射流-地效耦合机理及其布局效应 第 9 期

所减弱，其下方依然保持高速推进状态，这一特点通过高速摄像得到清晰捕捉。此外，火焰区域的长度
和宽度在仿真与试验结果中也基本一致。由此可见，数值模拟结果与试验结果之间具有较高的一致性，
验证了计算模型的可靠性及试验方法的有效性。

3

2
r 2 /m 1 Vortex
0 h h
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
l j /m
(a) t=6 ms
3
2 Vortex
r 2 /m 1
0 h h
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
l j /m
(b) t=30 ms
3
2 Gas flow front
r 2 /m 1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
l j /m
(c) t=50 ms
图 16 数值模拟与试验高速摄影射流形态对比
Fig. 16 Comparison of jet flow field patterns between numerical simulation and high-speed experiment
4 结论与展望

基于数值模拟与试验验证，研究了双轨火箭橇品字形三台单喷管火箭发动机并联系统的射流特性
及地面效应影响，得到以下结论。
(1) 小间距并联布局会引发强烈的射流干涉效应，其本质是流场多尺度不稳定结构的产生与强化。
干涉导致射流在近场被迫合并，显著压缩了有效流动区域（在 2 ms 时，低压区面积仅为无干涉工况的
33%） 。 该 物 理 过 程 具 体 表 现 为 在 无 地 效 条 件 下 的 压 力 恢 复 过 程 中 的 “ 多 波 峰 - 慢 恢 复 ” 现 象 ： 在
2 ms 时，干涉工况（工况 2）喷管出口压力较无干涉工况（工况 1）高出 21%；在喷管出口下游 0.41 m 处形
成局部高压，为无干涉工况的 2.58 倍；更重要的是，轴向动量通量计算揭示，此干涉效应在射流起始阶段
造成了高达 23.7% 的瞬态动量损失。这表明流场能量在反复的压缩-膨胀中被耗散，形成了多个依次衰
减的准周期性压力波峰，显著延缓了流场达到平衡的进程，动能定向传递效率大幅降低。从能量耗散路
径角度揭示的“多波峰-慢恢复”机制，是干涉流场区别于自由射流的本质特征。
(2) 冲击高度是主导流场演化路径与最终结构的决定性因素。低冲击高度（h=2d）条件下，射流提前
触地引发涡结构剧烈重组与破碎，其地表涡强度在 10 ms 至 60 ms 间衰减率达 83%，对称性彻底破坏，形
成高速壁面射流。并导致极大的近地面动量通量（6.999 MN），表明能量剧烈耗散于地面冲击。而高冲
击高度（h=5.5d）则呈现独特的演化路径：其地效强度在中期即 30 ms 附近开始主导涡系重组，最终形成
一种稳定的、兼具自由射流与地效特征的非对称结构。该工况下地表最大温度峰值降低约 65%，近地面
最大流速降低 58%，烧蚀风险得以显著缓解。
(3) 火箭橇运行起始段（0～8 m）是热-力载荷恶劣、烧蚀风险极高的关键区间。该阶段平均加速度
高达 832.7 m/s ，分别是中后段加速度的 2.3～2.8 倍，产生了极大的瞬时冲击强度；同时，其单位距离作用
2
时间为 1.84 ms/m 是高速段的 5.75 倍，导致极端热力学载荷的持续作用时间最大化。该极端载荷条件与

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