补燃循环发动机强迫起动研究

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1、第37卷第2期2011年4月火箭推进JOURNAL0FROCKETPROPULSl0NV01．37．№．2Apr．2011补燃循环发动机强迫起动研究杨永强，刘红军，徐浩海，刘站国(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：某泵压式液体火箭发动机是我国首台采用强迫起动方式的补燃循环发动机。结合发动机特点建立了强迫起动模型，进行了系统级冷调试验，根据试验及仿真结果确定了发动机起动参数及起动程序。针对试车暴露的问题，采取一系列措施解决了起动超调、起动爆燃、推力室点火冲击大及喷注器起动变形等问题。研究结果

2、在发动机试车中得到验证。关键词：液体火箭发动机；补燃循环；强迫起动；仿真分析；试车验证中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2011)02—0014一05Researchonforcedstart-upofstagedcombustionengineYANGYong-qiang，LIUHong-jun，XuHao—hai，LIUzhan—guo(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Ab吲嚏act：Thet

3、urbopump—fedliquidpropeUantrocketengineisthefirststagedcombustioncycleen西newithforcedstan—upsysteminChina．Aforcedstart—upsimulationmodelwasbuild，c001一nowsystemtestingwasperfomed，andthestart-upparametersandprocedureweredeteminedincombi—nationwiththecharac

4、teristicsoftheengine．Theproblemsappearinginthestart—uptesting，suchasoVershoot，denagration，ignitionshockinthrustchamberandinjectordefomationweresolVed．TheresultsobtainedintheresearchwereValidatedinenginetests．K∞啊ords：liquidrocketengine；stagedcombustion；fo

5、rcedstart；simulationanalysis；engineVal—jdatjontest0引言某泵压式补燃循环液体火箭发动机采用强迫起动方式，推进剂采用液氧和煤油，在我国工程研制当中尚属首次。其起动特性与自身起动方式相比⋯，具有起动迅速、起动过程中推力室和涡轮泵承受冲击大、易出现参数超调等特点。因此，采取动态仿真、地面冷试、热试车考核相结合的方法，深入研究发动机的起动特性、制定合适的系统起动方案，成为发动机研制过程中需要重点解决的一项课题。收稿日期：201l一01—08：修回日期：201l一

6、01—26基金项目：国家航天技术支撑项目作者简介：杨永强(1979一)，男，T程师，研究领域为液体火箭发动机系统设计第37卷第2期杨永强，等：补燃循环发动机强迫起动研究l5强迫起动的特点与过程该发动机采用的强迫起动方式有如下特点：1)系统配置上设置冲击式起动涡轮，采用火药燃气驱动从而带动主涡轮泵起旋，推进剂为强迫充填方式；2)流量调节器不设起动流量，发生器点火时燃料为额定流量；3)发动机起动迅速，起动过程中推力室和涡轮泵承受的冲击较大；4)起动过程中易出现参数超调。发动机起动过程为：火药起动器点火驱动起

7、动涡轮，主涡轮泵开始起旋。点火剂充填到发生器燃料阀前以后打开液氧主阀，此后打开发生器燃料阀，发生器点火T作。最后打开推力室燃料主阀，煤油进入推力室与富氧燃气点火燃烧，推力室点火。2发动机动力学模型2．1管路模型采用集中参数模型，将液体作为不可压流处理，只考虑其惯性和粘性的影响。R争_pm+△p-c￡(1)式中：g。为液体流量；pi、p，分别为管路出口、人口压力；△p为泵扬程；R、c分别为管路惯性和静态流阻。2．2涡轮泵组件模型发动机主涡轮为低反力度的反力式涡轮，起动涡轮为高压比冲击式涡轮，氧主泵和燃料泵

8、为离心泵。模型中采用稳态关系式描述涡轮泵的工作。仿真实践证明这些关系式在低频下具有足够的精度。涡轮功率方程P2青R姒gml％(2)式中：亿、q。。分别为涡轮效率和流量；尺、丁、后分别为燃气气体常数、温度及绝热指数；A为燃气速度系数。涡轮泵功率平衡方程2t，(斋)n誓=；P厂；f，。(3)式中：．，为涡轮泵转子结构转动惯量；n为涡轮泵转速；P一气分别为涡轮和泵的功率。2．3热力组件模型热力组件包括燃气发生器、推力室和燃气导管，可进行统一建模。