弹用固冲发动机可调喷管气膜冷却数值研究

针对弹用固冲发动机鱼鳞片式可调收扩喷管进行气膜冷却研究,采用数值模拟的方法,研究了冷却气进口气流参数及冷却气进口环槽高度对冷却效果的影响。研究表明:冷却气流的总压须大于等于喷管主流总压;进口槽缝高度降低,冷却气流与主流掺混区贴近壁面,壁面气流温度较高;冷却气流和主流掺混区域与壁面不贴合时,随着飞行马赫数的增大,壁面气流温度反而略高。计算获得了能够保证喷管壁面温度低于800K、冷却气流量占主流流量7%的冷却方案,为固冲发动机可调喷管的设计打下基础。     

再生冷却氢氧推力室传热计算方法研究与优化

推力室传热计算对液体火箭发动机的研制非常关键,然而传统的再生冷却传热计算模型在针对氢氧火箭发动机时存在较大的误差。通过对推力室燃烧与流动过程的分析,并结合部件传热试验数据,考虑到雾化蒸发过程、燃气雷诺数大小以及普朗特数拟合公式计算偏差等因素的影响,提出改进的再生冷却传热计算模型。分别使用这两种模型对某型氢氧发动机推力室在不同工况下的传热过程开展计算,并与试车试验结果进行对比,发现改进的再生冷却传热模型具有更高的计算准确度和更好的针对不同工况的适用性。     

深宽比对氢氧推力室冷却通道传热特性的影响

为了研究液氢冷却的不同深宽比冷却通道结构的传热特性,设计了深宽比分别为15、9.6、6.7和3的4种冷却通道沿圆周均布的分区并联组合式传热试验装置,采取了肋条测温模块以测量肋条不同深度的温度分布,开展了不同室压和混合比的气氢与液氧燃烧环境下液氢的传热特性试验.试验室压为6～7.4 MPa,混合比为5.5～7.2.试验结果表明:高深宽比冷却通道换热面积增大,肋条效应更高,换热能力增强;深宽比越大肋条温度分层现象越明显,肋温沿径向逐渐增加;随着冷却通道深宽比增加,冷却剂温升逐渐增加,传热效果增强,但冷却剂流阻先减小后增大.     

氢氧发动机再生冷却喷管传热仿真与试验研究

大推力液体火箭发动机推力室室压高、热流大,因此冷却结构设计是推力室和喷管延伸段设计的主要内容。基于氢氧发动机再生冷却喷管延伸段,采用数值仿真方法对其试验件传热性能进行流热耦合计算,并与试验结果进行对比分析。研究结果表明：三维流热耦合仿真计算结果与试验值吻合较好;传统一维传热计算所得的温升及热流偏高,计算结果存在一定误差。研究结果可为后续一维传热计算程序修正及再生冷却喷管传热结构设计提供参考。     

红外窗口气膜冷却数值研究

以二维平板模拟红外窗口,应用数值方法研究了红外窗口气膜冷却的效果和规律．比较了射流切向喷射和大角度喷射下,气膜完全覆盖长度在不同的喷缝高度和总压比下的变化规律,并分析了射流在各种喷射角度下对窗口表面流场的影响．     

隔板抑制氢氧推力室不稳定燃烧研究

为了解决某型氢氧推力室高频不稳定燃烧故障,提高燃烧稳定性工作裕度,在推力室喷注器上设计了一周三径形式的隔板稳定装置。冷态声学试验表明:加隔板后推力室一阶切向振型频率会降低,一阶切向振型的阻尼衰减时间缩短;流量扰动燃烧不稳定数值模拟表明:带隔板后推力室室压振荡幅值显著降低;带隔板推力室参加了多次热试验,热试验结果表明:该试验成功抑制了不稳定燃烧,隔板稳定装置工作有效可靠,对推力室燃烧效率无影响。     

结构参数对多喷管超声速引射器启动性能影响的数值仿真

多喷管超声速引射器由于多股超声速一次流之间干扰严重会引入较大的能量损失,其启动压力较高且受引射器结构的影响较大,因此需要仔细考察其启动性能.采用三维雷诺平均方程RNG和k-ε双方程瑞流模型,通过数值研究了引射喷管安装构型和引射管道型面对某矩形多喷管超声速引射器启动性能的影响.计算结果表明多喷管超声速引射器的结构对其启动...     

国外典型大推力氢氧发动机推力室技术方案综述

为了获取大推力氢氧发动机推力室设计的相关准则和经验,通过对比分析国外典型大推力氢氧发动机推力室的技术方案,总结了喷注器、主燃烧室和喷管延伸段等组合件关键设计参数和结构方案的选择规律,以及工艺方法和材料应用的发展趋势,可为中国未来200 t级大推力氢氧发动机推力室方案的确定提供相应的设计参考。     

液氧/甲烷发动机推力室再生冷却耦合传热数值研究

为了解液氧/甲烷火箭发动机推力室再生冷却的换热特点,采用数值模拟的方法,对液体火箭发动机推力室身部燃气与室壁间的对流、辐射换热以及通过室壁的导热、冷却剂与冷却通道间的对流换热进行了三维耦合数值计算.在计算中,假定推力室内流动为冻结流动,考虑了跨临界甲烷物性随温度和压力的变化.针对某甲烷再生冷却推力室进行CFD计算,计算结果与实验数据吻合较好.     

高环境压强下喷管的工作特性研究

数值模拟的控制方程为雷诺平均的可压缩纳维尔-斯托克斯(Navier-Stokes)方程，湍流模型采用κ-ε两方程模型，数值格式为二阶迎风格式。数值模拟了喷管在高反压环境下的流场，得到了流场结构变化规律，研究表明：喷管在非设计工况下工作，产生了较大推力损失，该损失主要由静推力损失造成。通过合理设计发动机工作压强和喷管扩张比，使其与外界反压相匹配，可以降低推力损失。最后给出了基于喷管的一维理论与数值方法的推力计算对比，结果显示：反压越高两者之间计算误差越大。     

未来大推力氢氧发动机方案初步探讨

针对未来运载器对动力系统的需求,提出中国下一代大推力氢氧发动机的发展设想,对发动机系统方案、性能参数、动态特性和可靠性等方面进行了初步设计和分析比较。结果表明,所选择的发动机系统方案的可靠性、经济性和系统性能符合未来大推力氢氧发动机的技术发展趋势。     

基于AMESim平台的氢氧火箭发动机启动过程仿真研究

根据模块化建模仿真的思想,采用AMESim软件中的二次开发平台AMESet开发了氢氧火箭发动机动态仿真模型库,建立了氢氧火箭发动机启动过程动态仿真模型。使用该模型对某型氢氧火箭发动机进行启动仿真,仿真结果表明:仿真结果与实际试车数据符合得很好,验证了该模型的准确性。     

复燃对氢氧火箭发动机尾焰流场及辐射特性影响数值研究

为深入研究复燃对氢氧火箭发动机尾焰流场及辐射特性的影响,以氢氧发动机喉部截面参数为入口条件,采用耦合Realizable k-ε湍流模型的三维N-S方程,考虑尾焰复燃反应影响,利用PISO算法求解得到尾焰流场参数。在此基础上,通过气体辐射传输方程和大气透过率计算模型SLG对尾焰辐射特性进行计算,对比复燃反应对尾焰流场及其辐射特性的影响。结果表明,复燃反应对氢氧发动机尾焰流场计算影响较大,使温度场以及燃烧产物的质量分数大幅增加,从而导致尾焰的辐射特性增强,因而在氢氧发动机尾焰流场和辐射计算中,考虑复燃反应是极为必要的。     

氢氧火箭发动机高速氧涡轮泵转子动力学特性研究

转子动力学问题是液体火箭发动机研制中最复杂的问题之一.为了保证高速转子的稳定工作,必须对转子进行动力学设计计算和试验研究.对氢氧发动机高速转子的结构设计、临界转速计算和转子动力学的动态特性试验研究等内容进行了介绍.     

氢氧发动机真空点火及高空模拟试验

上面级氢氧发动机的真空点火与起动过程是一个复杂的动态过程,与地面相比,由于受真空环境的影响,发动机推进剂预冷、充填、雾化与燃烧等一系列物理和化学过程将发生很大变化,存在海平面试车无法考核的技术盲点,影响发动机工作可靠性。因此,国内外对上面级氢氧发动机均进行过广泛而深入的高空模拟试验研究,以考核和验证发动机真空点火、起动的可靠性,其中以J-2发动机开展的高空模拟试验最具代表性。     

铬/镍镀层对甲烷发动机推力室再生冷却换热影响研究

采用三维整场求解的方法,对某甲烷发动机推力室身部进行流动/传热耦合计算,研究了内壁燃气侧铬/镍镀层对甲烷再生冷却身部换热的影响。研究结果表明,气壁镀铬/镍可以有效保护推力室喉部,降低室壁温度,当敷设0.05 mm镍镀层时,喉部壁温可降低24.4%,最大热流密度可减小20%;敷设0.05 mm铬镀层时,喉部壁温降低约23%,热流密度减小18.7%;气壁镀镍的热防护效果优于气壁镀铬,且镍镀层厚度越大,气壁温和液壁温降低越多,防护效果越好。     

高性能高可靠氢氧发动机方案探讨

根据未来运载器对动力装置的任务需求及氢氧发动机技术发展趋势,基于50吨级氢氧发动机,以产品性能提高、功能拓展和可靠性增长为设计目标,开展了发动机衍生产品优化设计研究。衍生型发动机基于现有燃气发生器循环或开式膨胀循环,充分继承和借鉴了现有产品的技术基础和成熟组件,产品功能有所拓展,产品性能和可靠性有所提高,丰富了中国氢氧发动机产品库,有利于未来运载火箭构型优化和运载能力提升。