液氧甲烷膨胀循环变推力发动机系统方案对比研究

发布时间：2024-04-18 20:01

　　当前对液氧甲烷膨胀循环变推力火箭发动机的研制难点和关键技术认识不够清楚,尤其是在大变比推力调节方案方面。基于整个发动机系统,采用理论计算方法,探讨甲烷膨胀做功能力以及变推力调节方案可行性。分别给出了单涡轮系统方案和双涡轮系统方案,首次给出了不同工况下详细的系统状态参数分布,进行了对比分析,并探讨了甲烷做功能力随室压的变化规律。研究结果表明,甲烷做功能力随着室压的减小呈现先减小后增大的趋势,单涡轮和双涡轮系统方案均能够实现大范围推力调节;相比单涡轮方案,双涡轮方案能够更好地保证混合比,且甲烷气体做功能力利用效率更高,氧涡轮和燃料涡轮功率变化范围较窄,涡轮所处环境较为缓和,因此双涡轮系统方案具备一定优势。

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【部分图文】：

图1液氧甲烷膨胀循环单涡轮变推力调节系统示意图

液氧甲烷膨胀循环单涡轮变推力调节系统如图1所示。整个系统组成主要包括:氧泵和甲烷泵,用于给推进剂增压;涡轮,带动泵转动;分流阀,调节驱动涡轮的甲烷流量;主阀,用于控制推进剂流动;推力室,组织推进剂高效燃烧,产生推力。甲烷经过甲烷泵增压后,流过主阀进入推力室再生冷却通道,吸热后变成....

图2液氧甲烷膨胀循环双涡轮变推力调节系统示意图

液氧甲烷膨胀循环双涡轮变推力调节系统如图2所示。与单涡轮方案相比,双涡轮方案增加了一个涡轮和一个分流阀。其工作原理与单涡轮方案基本一致。2计算模型与输入条件

图3单涡轮方案室压6MPa计算结果

图3给出了单涡轮调节方案的最大工况。由该图可以得到推进剂经过主要部件后的状态参数,主要包括推进剂的流量、压力和温度,以及做功元件的功率及效率。由该图可以看出,推进剂温度主要在经过冷却通道、涡轮和燃烧室后发生变化。结果表明,驱动涡轮的甲烷流量占比为97.35%,并未达到最大,这说明....

图4单涡轮方案室压3MPa计算结果

图4给出了单涡轮调节方案中室压为3MPa的工况,即最大工况的一半推力。由该图可以看出,由于室压减为一半,冷却通道损失迅速减小,仅仅为最大工况损失的30%左右,泵后压力也减小,最终整个系统所需功率大大减小。从图4中可以看出,尽管室压减小,推力室传给冷却通道甲烷的热量有所减少,但冷....

本文编号：3957670