补燃发动机完全自身起动过程富氧燃气温度控制

发布时间：2022-01-04 00:15

　　为了防止富氧补燃循环发动机在完全自身起动过程中出现烧蚀情况,需要研究降低发生器富氧燃气温度峰值的方法。利用成熟的发动机组件数学模型,建立了发动机完全自身起动过程动态仿真模型,并通过试验数据验证了仿真模型的合理性。基于计算结果,分析了起动过程中发生器富氧燃气温度的变化过程,进一步分析了产生3个温度极大值的原因。通过仿真研究,分析了不同起动参数对富氧燃气温度峰值的影响。结果表明:提高发生器氧化剂流量和减缓发生器燃料流量增速可以降低富氧燃气温度峰值,具体措施有提高氧化剂贮箱压力、减小供应管路长度、提高副路转级阀的作动压力和减小其转级速率。 

【文章来源】：火箭推进. 2020,46(03)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

完全自身起动方案系统简图

利用上述组件模型建立了发动机起动过程系统级仿真模型,并将涡轮泵转速和燃烧室燃气头腔压力的起动计算值与试验值进行对比。如图2所示,计算值与试验值变化趋势一致,在燃烧室建压前,转速的计算值与试验值吻合良好,燃烧室建压后,压力的上升过程基本一致。主要差别在于计算时,燃烧室点火压力峰值偏高,导致涡轮泵转速爬升滞后。分析主要原因为,使用上述热力组件模型对大流量点火过程进行计算时,与实际点火过程存在差异。除此之外,该起动计算模型能够合理地反映出发动机的完全自身起动过程。发动机起动过程主要分为3个阶段,分别是转速缓慢爬升阶段、工况迅速爬升阶段以及燃烧室压力上升阶段。发生器点火后,发生器流量和压力经历于起动不利的衰减振荡过程,在这个过程中涡轮泵转速缓慢爬升。当泵后压力高于发生器压力后,发生器压力、流量和涡轮泵转速形成正反馈,发动机工况迅速爬升。燃烧室建压后,涡轮压比减小,涡轮泵剩余功率减小,发动机逐步进入稳态工况。

起动计算中富氧燃气温度和发生器燃料流量如图3所示。对于富氧燃气发生器,氧化剂先于燃料进入,因此在发生器点火工作前,发生器中已经积存了部分液相氧化剂,导致发生器在点火时没有出现较明显的温度峰。随后发生器压力开始上升,导致进入发生器的推进剂流量急剧减小,燃料流量甚至出现了瞬时断流。随着发生器里富氧燃气的排出,压力随之降低,此时喷嘴压降增大,进入发生器的推进剂流量增加,使得室压再次升高。如此发生器的流量和压力在衰减振荡,发生器处于波动燃烧状态,在这个过程中富氧燃气一直对涡轮做功,但富氧燃气温度没有明显上升。当涡轮泵转速增加到一定程度后,氧化剂和燃料泵后压力均高于发生器压力,此时发生器压力、流量和涡轮泵转速形成正反馈,转速迅速爬升,进入发生器的燃料流量开始快速增加,富氧燃气的温度也随之迅速上升。

【参考文献】：
期刊论文
[1]泵压式多次起动发动机起动过程仿真研究[J]. 蒲光荣,单磊,赵晓慧,陈宏玉.  火箭推进. 2019(05)
[2]液氧煤油高压补燃循环发动机深度变推力系统方案研究[J]. 谭永华,杜飞平,陈建华,张淼.  推进技术. 2018(06)
[3]液体火箭发动机动态特性仿真技术研究进展[J]. 李元启,刘红军,徐浩海,陈宏玉.  火箭推进. 2017(05)
[4]小推力泵压式发动机自身起动过程仿真分析[J]. 刘上,王艺杰,程晓辉,王鹏武,张兴军.  火箭推进. 2016(04)



本文编号：3567260