并联式电热协同增压变推力火箭发动机方案研究
发布时间：2022-01-14 12:57
针对运载火箭膨胀循环及电机泵增压发动机普遍室压较低从而导致比冲性能低的问题,提出了一种将电机泵增压和膨胀循环发动机并联起来,电机和涡轮共轴驱动同一个泵,组成电热协同变推力液体火箭发动机的新方案。对该发动机方案开展了参数研究,提出了临界室压的概念,得到了不同工况下发动机系统流量、压力、温度以及功率等状态参数分布,并进行了分析。结果表明:在低于临界室压时,燃料涡轮流量占比近似线性变化,相对氧涡轮流量占比变化范围较小,燃料涡轮和氧涡轮驱动工质流量均呈现近似开口向上抛物线形式变化;在高于临界室压时,燃料涡轮和相对氧涡轮流量占比均保持不变,燃料涡轮和氧涡轮驱动工质流量近似线性变化,且涡轮做功仍然是泵功率的主要来源。该方案能够有效提高发动机室压,进一步提高发动机比冲。
【文章来源】：载人航天. 2020,26(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
并联式电热协同增压变推力火箭发动机方案
图2给出了喷管面积比与海平面比冲随室压变化曲线。可以发现,在喷管出口压力保持不变时,室压增压,比冲会有较大幅度增加,从5 MPa增加到10 MPa时,比冲增加了9%,而带来的负面效果则是喷管面积比增大,喷管尺寸和质量有可能增大。图3给出了喷管面积比、喉部与出口直径随室压变化曲线。可以看出,由于海平面比冲的提高,推进剂流量减小,而室压增大,因此喷管喉部尺寸减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喉部半径减小了33%。尽管喷管面积比增大,但是喉部尺寸减小程度更大,因此喷管出口尺寸反而减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喷管出口半径减小了12%。
图3给出了喷管面积比、喉部与出口直径随室压变化曲线。可以看出,由于海平面比冲的提高,推进剂流量减小,而室压增大,因此喷管喉部尺寸减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喉部半径减小了33%。尽管喷管面积比增大,但是喉部尺寸减小程度更大,因此喷管出口尺寸反而减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喷管出口半径减小了12%。综上所述,考虑到增大室压应当兼顾比冲及质量等性能指标,本文中最大室压取8 MPa。此时,比冲增大6%,喷管面积比增大42%。已知参数如表1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]可重复使用运载火箭发展研究[J]. 王辰,王小军,张宏剑,张希,王江,季宝锋. 飞航导弹. 2018(09)
[2]2017年国外航天运载器发展分析[J]. 杨开,曲晶,才满瑞. 导弹与航天运载技术. 2018(01)
[3]重复使用液体火箭发动机可用度的数字仿真[J]. 刘士杰,梁国柱. 北京航空航天大学学报. 2015(12)
[4]可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析[J]. 杨进慧,陈涛,金平,蔡国飙. 北京航空航天大学学报. 2013(09)
[5]液体火箭发动机推力室可重复使用技术[J]. 康玉东,孙冰. 航空动力学报. 2012(07)
[6]航天运输系统发展及展望[J]. 刘竹生,孙伶俐. 中国科学:技术科学. 2012(05)
[7]Summarization on variable liquid thrust rocket engines[J]. YUE ChunGuo1, LI JinXian2, HOU Xiao2, FENG XiPing2 & YANG ShuJun3 1 The Second Artillery Engineering Collge, Xi’an 710025, China; 2 National Laboratory of Combustion, Flow and Thermo-structure, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China; 3 203 Institute of China North Industries Group Corporation, Xi’an 710065, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(10)
本文编号：3588549
【文章来源】：载人航天. 2020,26(06)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
并联式电热协同增压变推力火箭发动机方案
图2给出了喷管面积比与海平面比冲随室压变化曲线。可以发现,在喷管出口压力保持不变时,室压增压,比冲会有较大幅度增加,从5 MPa增加到10 MPa时,比冲增加了9%,而带来的负面效果则是喷管面积比增大,喷管尺寸和质量有可能增大。图3给出了喷管面积比、喉部与出口直径随室压变化曲线。可以看出,由于海平面比冲的提高,推进剂流量减小,而室压增大,因此喷管喉部尺寸减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喉部半径减小了33%。尽管喷管面积比增大,但是喉部尺寸减小程度更大,因此喷管出口尺寸反而减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喷管出口半径减小了12%。
图3给出了喷管面积比、喉部与出口直径随室压变化曲线。可以看出,由于海平面比冲的提高,推进剂流量减小,而室压增大,因此喷管喉部尺寸减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喉部半径减小了33%。尽管喷管面积比增大,但是喉部尺寸减小程度更大,因此喷管出口尺寸反而减小。室压从5 MPa增加到10 MPa时,喷管出口半径减小了12%。综上所述,考虑到增大室压应当兼顾比冲及质量等性能指标,本文中最大室压取8 MPa。此时,比冲增大6%,喷管面积比增大42%。已知参数如表1所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]可重复使用运载火箭发展研究[J]. 王辰,王小军,张宏剑,张希,王江,季宝锋. 飞航导弹. 2018(09)
[2]2017年国外航天运载器发展分析[J]. 杨开,曲晶,才满瑞. 导弹与航天运载技术. 2018(01)
[3]重复使用液体火箭发动机可用度的数字仿真[J]. 刘士杰,梁国柱. 北京航空航天大学学报. 2015(12)
[4]可重复使用火箭发动机再生冷却槽失效分析[J]. 杨进慧,陈涛,金平,蔡国飙. 北京航空航天大学学报. 2013(09)
[5]液体火箭发动机推力室可重复使用技术[J]. 康玉东,孙冰. 航空动力学报. 2012(07)
[6]航天运输系统发展及展望[J]. 刘竹生,孙伶俐. 中国科学:技术科学. 2012(05)
[7]Summarization on variable liquid thrust rocket engines[J]. YUE ChunGuo1, LI JinXian2, HOU Xiao2, FENG XiPing2 & YANG ShuJun3 1 The Second Artillery Engineering Collge, Xi’an 710025, China; 2 National Laboratory of Combustion, Flow and Thermo-structure, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China; 3 203 Institute of China North Industries Group Corporation, Xi’an 710065, China. Science in China（Series E:Technological Sciences）. 2009(10)
本文编号：3588549
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