适用于CFD流场分析的CD火箭喷管结构

　　在航天推进系统的地面研发验证环节，CD喷管即拉瓦尔喷管是决定推力转化效率的核心部件，这款喷管结构完全围绕CFD流场仿真的需求做构型优化，没有冗余的安装边、外接法兰等附属结构，完整保留了收缩段、喉部、扩张段的连续曲面特征，能够直接导入仿真软件划分网格，开展不同入口压力、工质属性下的流场计算工作。从实际工程应用场景来看，这类喷管不仅用于液体火箭发动机的推力室设计验证，也可适配小型固体火箭推进器、脉冲爆震发动机试验件的前期流场校核，甚至在高速风洞的喷管段设计、超音速气流发生装置的结构选型中，也能直接参考该构型的曲面参数做适配调整。设计过程中优先保证了流道内壁面的曲率连续性，收缩段采用平滑过渡的维氏曲线构型，避免截面突变带来的局部涡流干扰，

　　喉部尺寸严格按照设计马赫数对应的临界截面计算值设定，扩张段的扩张角控制在气流无分离的合理区间内，既保证超音速段的气流充分膨胀，也避免过大扩张角导致的气流附面层分离问题，减少仿真计算中不必要的非物理流动干扰。从安装边界来看，该喷管的入口端为等直径圆柱直段，可直接与推力室的出口段做面对齐装配，不需要额外做过渡转接结构，出口端的扩张段端面为垂直于轴线的平切面，方便在仿真中设置出口压力边界条件，整体结构为轴对称回转体，建模过程中通过单条母线旋转生成实体，没有复杂的拼接曲面，网格划分时可直接采用结构化六面体网格提升计算精度，也能根据仿真需求对喉部区域做局部网格加密，捕捉喉部临界截面的流速、压力突变特性。不同于实际装机使用的带冷却通道、

　　加强筋结构的喷管产品，这款构型完全剥离了非流道部分的结构，所有曲面都直接参与流场计算，不会因为附属结构的存在导致仿真网格量不必要的增加，也能避免多余结构对流场计算结果的干扰，非常适合推进系统研发初期的多轮参数迭代计算，工程师可以通过调整母线的曲率参数、喉部直径、扩张段长度快速生成不同构型的喷管模型，对比不同设计参数下的推力系数、流量系数、出口流场均匀性等核心指标，大幅缩短前期方案选型的周期。在实际试验台搭建中，也可以基于该模型的外轮廓尺寸设计对应的夹持工装，将喷管试件固定在试验台架上开展热试车验证，模型的外表面为光滑回转面，夹持时可以采用卡箍式结构直接抱紧固定，不需要额外设计安装凸耳，适配多种不同规格的试验台架接口。