多发动机并联带来的工程挑战

在商业航天领域，SpaceX通过重复使用火箭旨在降低发射费用并提高单次发射的运载能力。以星舰为例，其超重型助推器配置了33台猛禽3发动机，在试飞中可瞬间释放8250吨推力。然而，在火箭底部有限的空间内，33台发动机同时工作会导致每台发动机喷出的高温、高速尾焰相互干扰，从而形成复杂的激波、湍流和压力波动。

这种尾焰之间的相互干扰会直接影响火箭底部的热环境与结构载荷，甚至关系到火箭起飞和回收任务的成败。因此，搞清楚多发动机并联尾焰的相互干扰是实现火箭回收复用的关键问题。

仿真研究与技术难点

西安交通大学联合中科曙光，基于全国产十万卡AI超集群曙光8000开展射流仿真，研究复杂尾焰之间的相互作用，为可重复使用火箭研究提供参考。

西安交通大学航天航空学院教授姬兴指出，多发动机并联并非简单的数量相加。在超声速射流中，激波、膨胀波和剪切层在近场会发生挤压、反射、交汇和合并，形成一个跨越多个时间和空间尺度且持续变化的三维结构。

传统试验的局限性

西安交通大学博士生张红将传统试验面临的困难总结为“测不全、抓不住、做不起”：

  • 测不全：由于试验只能在箭体表面布置有限的压力和热流传感器，无法覆盖所有区域。多股射流撞击与激波交汇形成的局部高温高压区位置难以通过布点捕捉，必须依靠计算得出。
  • 抓不住：高速气流产生相关现象时，传统手段难以精准捕捉。