推力调节阀流场分析

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1、２０１６０３１６０００９０８张成印第２２卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．２２０１６年４月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｐｒ．２０１６推力调节阀流场分析张成印，徐姗姗，鲍锦华（北京航天动力研究所，北京１０００７６）摘要：为研究推力调节阀结构对内流场分布及流量特性的影响，利用计算流体力学方法对窗口式气体调节阀的流场进行了仿真计算，该调节阀在作为软着陆下降级的液氧／甲烷发动机中起到推力调节作用。仿真得到了调节阀流场的压力分布、速度分布。速度场分布给出了流场中各处流速分布及漩涡出现位置，证明了出口锥角对流场导流作用，能显著影响出口流场中的漩涡数量；压力场结果准确表明流场中节流只发生在窗

2、口位置，不存在二次节流，验证窗口设置及结构的合理性；计算得到了不同调节工况下调节阀的流量系数，变化趋势为随着推力工况增高而降低。关键词：下降级；推力调节；液氧／甲烷；窗口调节阀；ＣＦＤ中图分类号：Ｖ４３４文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０２⁃０１６９⁃０６ＦｌｏｗＦｉｅｌｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｈｒｕｓｔＣｏｎｔｒｏｌＶａｌｖｅＺＨＡＮＧＣｈｅｎｇｙｉｎ，ＸＵＳｈａｎｓｈａｎ，ＢＡＯＪｉｎｈｕａ（ＢｅｉｊｉｎｇＡｅｒｏｓｐａｃｅＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｉｍｏｆｔｈｅｐａｐｅｒｗａｓｔ

3、ｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｒｕｓｔｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｉｎ⁃ｔｅｒｎａｌｆｌｏｗｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｆｌｕｘｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ．Ｔｈｅｆｌｕｉｄｆｌｏｗｏｆｗｉｎｄｏｗ⁃ｔｙｐｅｔｈｒｕｓｔｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄａｄｊｕｓｔｔｈｅＬａｎｄｅｒｄｅｓｃｅｎｔｅｎｇｉｎｅｗｉｔｈＬＯＸ／ｍｅｔｈａｎｅ，ｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｐｒｏｆｉｌｅｉｎｔｈｅｖａｌｖｅ．Ｆｒｏｍｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏ

4、ｎｏｆｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｌｏ⁃ｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｖｏｒｔｅｘｉｎｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄ，ｉｔｉｓｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｕｔｌｅｔｔａｐｅｒａｎｇｌｅｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅ⁃ｄｕｃｅｔｈｅｖｏｒｔｅｘｉｎｔｈｅｆｌｏｗ．Ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｆｌｏｗｏｎｌｙｏｃｃｕｒｒｅｄｎｅａｒｂｙｔｈｅｗｉｎｄｏｗｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｆｌｏｗ．Ｔｈｉｓａｌｓｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｗｉｎｄｏｗ’ｓｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅ

5、ｆｌｏｗｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｗｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗａｓｄｏｃｕｍｅｎｔｅｄａｎｄｓｈｏｗｅｄａｄｅｃｒｅａｓｅｔｒｅｎｄｂｙｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｒｕｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｎｄｅｒｄｅｓｃｅｎｔｅｎｇｉｎｅ；ｔｈｒｕｓｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ；ＬＯＸ／ｍｅｔｈａｎｅ；ｗｉｎｄｏｗ⁃ｔｙｐｅｔｈｒｕｓｔｃｏｎｔｒｏｌｖａｌｖｅ；ＣＦＤ唯一的动力来源，需要为着陆器的地月转移、近月１引言制动、环月飞行降轨以及月面着陆等提供动力。随着航天事业的发展，通过载人航天器对外整个过程中发动机工作时间长达数十天，需要具［１］［３］星球

6、探索已成为现实。最直接的方式为进行有大范围变推力调节的特性。推力调节阀为外星软着陆，软着陆下降级发动机有着至关重要该发动机实现变推力调节的重要组件，在变推力［２］的作用。时，通过给电机发出指令，控制调节阀开度来改变液氧／甲烷下降级发动机是一种设计中的软做工介质的流通量，从而改变涡轮泵转速，实现变［４］着陆下降级发动机，为满足载人登月的先期需求，推力调节。在整个载人登月任务中作为月面着陆器登月阶段本文的研究对象为窗口节流形式调节阀，工收稿日期：２０１５⁃０８⁃１０；修回日期：２０１６⁃０２⁃２９基金项目：载人航天预先研究项目（０６０３０２）作者简介：张成印（１９８５－），男，硕士，工程师

7、，研究方向为液体火箭发动机阀门设计。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｃｙ８５１２１２＠１６３．ｃｏｍ２０１６０３１６０００９０８张成印１７０载人航天第２２卷作介质为气体，位于发动机系统中的涡轮旁通路，区域和固定流通区域。图３为一种窗口结构的示通过调节旁通路中分走的做工介质流量改变涡轮意图。其中调节余量是留作备用，通常不进入介［５］功率，实现变推力调节。推力调节系统原理见质通道，用以在实际使用与设计出现误差或需要图１。超出最大工况时补偿窗口面积；可调区域为调节阀