向燃气流喷水试验

试验时的双弧形导流槽出口

近日，我国研制的起飞规模最大、技术跨度最大、运载能力最大的新一代大型运载火箭——“长征五号”在海南文昌航天发射场成功首飞。此次成功发射，标志着我国航天总体技术跻身世界一流行列。在此次火箭发射任务中，北理工科研团队及科技成果发挥了关键作用，宇航学院教授姜毅带领的发射气体动力学课题组圆满完成发射场导流槽研制保障任务，为长征五号新型运载火箭成功发射编织出绚丽的“火焰尾翼”。

导流槽位于火箭发射塔最下端，是航天发射场最具技术含量的基础保障设施。火箭在发射时会喷出超高温高速的火焰，如果导排不畅，反射的燃气流会对发射设施和火箭尾部产生严重影响，导致发射失败。因此，必须在火箭底部两侧采取导流措施，将高温的燃气导至远离发射架的地方。作为中国最新和最先进的海南文昌航天发射场，在建设之初就定位于满足新一代大推力运载火箭的发射要求，发射场导流槽的设计也成为最重要的技术攻关。

文昌发射场总体设计单位经过多年对国内各著名研究所及高校研究机构的认真调研，鉴于姜毅曾参与完成我国酒泉、西昌等载人航天发射场导流槽研究和设计，不仅在相关理论分析等基础研究方面具有丰富的经验和技术优势，而且具备丰富的工程化经验与过硬的保障实力。值得一提的是，团队不拘泥于已有技术优势，始终保持锐意创新的进取精神，凭借首创的“向燃气流喷水”的关键技术理论突破，征服了总体设计单位。最终，北京理工大学成为新型航天发射场导流槽设计的唯一合作单位，姜毅团队被选为唯一合作者，参与了我国新一代运载火箭导流槽理论研究和试验验证项目关键技术攻关。

“长征五号与现役运载火箭相比，无论在推力、参数、温度、速度、火焰长度方面，还是在点火后火箭在发射台上的停留时间等方面，都有大幅度增长，为火箭的发射带来空前的技术难题，”姜毅介绍到。如何有效降低运载火箭发射时燃气射流引起的相关效应，是我国新一代运载火箭发射场建设的关键技术。

北理工配合发射场总体设计单位，用“火中浇水”的大胆创新，为我国新一代运载火箭导流槽理论研究和试验验证项目关键技术攻关书写了漂亮的答卷。姜毅带领7名博士生通过缩比喷水试验，证明了通过向火箭燃气流喷水可以大幅度降低燃气射流核心区长度，为降低导流槽设计深度提供了重要的科学依据，为工程建设节约大量成本。团队还完成了向高温高速燃气射流喷水的多种工况数值模拟，建立了数值计算模型，为导流槽的优化设计工作提供了一种高效的技术途径。

据姜毅介绍“新一代航天发射场发射工位必须做到可以兼容发射各种大推力新一代运载火箭的要求，设计出适应性强的导流系统，是我国新一代航天发射场设计的关键技术之一。”为适应长征五号严苛的发射需求，在时间紧、任务重的艰难背景下，姜毅课题组充分发扬了北理工人攻坚克难的科研品质，经过不懈努力，提出了导流槽出口双弧面设计技术，有效降低了燃气流对运载火箭的影响，并通过理论和试验证明了该项技术的有效性，最终在文昌发射场发射核心区的实际导流槽建设中的到了成功应用，圆满完成了导流槽优化设计的理论分析任务，以保证长征五号的顺利发射。