此時他發(fā)現(xiàn),,液體火箭發(fā)動機燃燒設計水平并不高明多少。雖然美,、蘇當時都已經(jīng)研制出多種液體火箭發(fā)動機型號,,但在研制中仍然缺乏可靠的理論計算模型和設計準則,,主要依靠基于試驗為主的邊試邊改方法。例如為了解決不穩(wěn)定燃燒問題,,美國用于登月的F-1發(fā)動機進行了1332次發(fā)動機試驗和1337次108個噴注器的試驗才研制成功,;我國在研制東三、東四導彈液體火箭發(fā)動機時,,也不斷出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定故障,。
繼而他又發(fā)現(xiàn),當時能收集到的燃燒不穩(wěn)定研究文獻,,包括公開出版的權(quán)威文獻,,都僅從經(jīng)典控制理論出發(fā),對液體火箭發(fā)動機實際燃燒過程只能作人為的假定,、缺乏定量的分析,。
而莊逢辰認為,發(fā)生不穩(wěn)定燃燒,,燃燒是主因,,或者說是內(nèi)因、是主要矛盾,,控制只是外因,。要解決這個問題,首先必須把液體火箭發(fā)動機的燃燒歷程及其速率控制過程研究清楚,。
他先從穩(wěn)態(tài)燃燒研究開始,,承擔了紅旗1號火箭發(fā)動機性能提高任務,,與學生一起建立了推力室的液流試驗臺和噴霧試驗臺,開始進行推進劑的霧化和液滴蒸發(fā)和燃燒的試驗研究和物理模型的建立,。
20世紀70年代,,他被調(diào)到國防科技大學前身的長沙工學院任教,學校當時歸航天部(當時叫七機部)領導,,他利用這一條件,,深入到各液體火箭發(fā)動機研制單位調(diào)查研究,完成了教材《液體火箭發(fā)動機推力室設計基礎》的編寫任務,,于1976年正式出版,。該書既包含了實踐內(nèi)容,又加強了基礎理論,,被作為教材沿用10余年,。
他自學計算機語言,利用當時學院計算機系剛剛研制完成的441B-Ⅲ晶體管電子計算機,,運用他剛研究出來的液體火箭發(fā)動機燃燒模型,,對某型號發(fā)動機的燃燒過程進行數(shù)值模擬計算,與實際型號的試車結(jié)果非常接近,。據(jù)此撰寫的論文《自燃推進劑火箭發(fā)動機燃燒室設計簡化模型》在1978年10月中國工程熱物理學會成立大會暨第一次學術會議上宣讀,,同時發(fā)表了所有計算源程序。
這是國內(nèi)應用燃燒模型在計算機上對實際液體火箭發(fā)動機燃燒過程進行數(shù)值模擬計算的第一篇論文,,受到研制單位和學術界的高度重視,。
在錢學森鼓勵下研究發(fā)動機燃燒
1978年6月,長沙工學院更名為國防科學技術大學,,學校組建了燃燒理論和熱學教研室,,莊逢辰被任命為室主任。為了提高國內(nèi)燃燒理論研究的水平,,他組織研究團隊建設了研究性實驗室,,美國、英國和俄羅斯的燃燒理論和液體火箭發(fā)動機專家都前來參觀,。他還翻譯了當時美國剛出版的作為大學生教材的《燃燒導論》一書,,此書于1981年出版,受到全國同行們的極大歡迎,。
1981年,,錢學森第二次到國防科大指導工作,給學校提出了17項國防前沿迫切需要研究的課題,,其中第一項就是液體火箭發(fā)動機燃燒,。
會后莊逢辰得幸向錢學森請教問題。
錢學森對他說:“不同的推進劑燃燒性能不一樣,你能否算一算,?液體火箭發(fā)動機燃燒不穩(wěn)定性也需要進一步研究,,現(xiàn)在還沒有掌握其規(guī)律?!?/p>
當時莊逢辰對錢學森說,,“我大學學的是機械工程,后來調(diào)到動力機械系工作搞鍋爐燃燒,,現(xiàn)在又搞航天,,是否行轉(zhuǎn)得太多了?!?/p>
“學鍋爐好?。∥掖髮W學的是火車頭,,也是鍋爐呢,!”錢學森笑著說,“鍋爐和液體火箭發(fā)動機只是研究的工程對象不一樣,,但很多基礎理論是相通的。你不單可以研究液體火箭發(fā)動機燃燒,,火箭導彈中的很多問題你都能夠研究,。”
這些話給了莊逢辰極大的鼓舞,。
1983年,,他邀請美國著名燃燒理論專家F.A.Williams來校講學,舉辦了為期一個月的學習班,。
1990年他將F.A.Williams1985年在美國正式出版的《燃燒理論-化學反應流動系統(tǒng)的基礎理論》一書翻譯成中文,,并作為研究生教材,國外大學亦普遍應用此書作為研究生教材,,被稱為“天書”,。
在這期間,他制訂了一個詳細的液體火箭發(fā)動機燃燒過程綜合模型的理論和實驗研究計劃,,提出了要研究的8個模型和4種計算方法,,根據(jù)航天技術發(fā)展的需要,結(jié)合研究生的培養(yǎng),,逐步開展研究,。這一計劃,得到著名航天專家任新民的大力支持,。