排气液化发动机高速液化装置研究.pdf

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1、2010年第1期上海航天AEROSPACESHANGHAl文章编号：1006—1630(2010)01—0051—06排气液化发动机高速液化装置研究黄奕勇，许军校(国防科学技术大学，航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：为简化涡轮排气液化发动机蒸汽液化装置的结构、缩小体积，提出了基于超声速汽液两相流升压原理的水蒸气液化方案，建立了考虑多因素的数学方程式，讨论了水蒸气喷嘴段结构参数、混合室参数、扩压段参数和混合室阻力等对升压能力的影响。计算结果表明：收敛一扩张式升压液化装置的升压系数大于3。关键词：液体火箭发动机；蒸汽液化装置}循环；两相流；参数；升压能力中图分类号：V434文献标示码

2、：AResearchonHighSpeedLiquefiedEquipmentofHeatTransferRocketEngineHUANGYi—yong．XUJun—xiao(CollegeofAstronauticsandMaterialEngineering，NUDT，ChangshaHunan410073，China)Abstract：Tosimplifythestructureanddecreasethevolumeofthesteamliquefactionequipmentoftheturbineexhaustliquefactioncycleengine，theliquefac

3、tionschemebasedonthesupersoniclifting—pressureprincipleofsteaminjectorwasputforwardinthispaper．Theequationswereestablishedwhenmulti-factorswereinconsideration．Theeffectofthestructureparametersofthesteamnozlesection，parametersinmixerchamber，parametersofextendedsectionandresistanceinmixerchamberonthec

4、apabilityofpressureraisingwerediscussed．Thecalculationresultsshowedthatthelifting—pressureratiooftheconvergent．divergenttypesteaminjectorwasgreaterthanthree．Keywords：Rocketengine；Liquefactionequipment；Enginecycle；TwophaseflowParameter；Pressureraising0引言涡轮排气液化循环发动机(简称排气液化发动机)是一种新型氢氧发动机，其燃气发生器中推进剂混合比为

5、8，同时在其中注入一定量的水以降低燃气温度。燃烧产生的水蒸气推动涡轮做功，排气进入高速液化升压装置被液成化水，部分水注入燃气发生器，部分注入主燃烧室。由排气液化循环发动机的工作原理可知：该方案的核心是高速液化升压装置。蒸汽喷射器(喷射泵、射流泵、引射器)是一种利用高压流体抽吸低压流体的装置，其特点是体积小、启动快、安全可靠和高效节能等。与普通引射装置收稿日期：2008-11-13；修回日期：2009-01—09基金项目：自然科学基金资助项目(50406006)作者简介：黄奕勇(1972一)，男，副教授，主要从事绳系卫星控制、交会对接和飞行器设计等。相比，超声速汽液两相流升压装置的出口压力更大，

6、其压力高于人口蒸汽总压。文献[1]研究了具中心进汽、环周进水结构的超声速汽液两相流升压装置，其出口水压可达蒸汽压力的1．I倍；文献[2]对有中心进水、环周进汽结构的超声速汽液两相流升压装置进行了理论和试验研究，其出口水压可达蒸气压力的1．52倍。文献[3]对中心进水、环周进汽结构的超声速汽液两相流升压装置进行了高迸水压力、低进汽压力条件下的试验研究，其出口水压可达蒸汽压力的4倍，但只有进水压力的1．71倍。我国在此领域也开展了大量的理论和试验研究[4~8]。为简化结构、缩小体积，本文提出基于超声速气液两相流升压原理的水蒸气液化升压方案。1液化换热系统方案本文提出的液化换热系统如图I所示。待液化

7、的水蒸气进入高速液化装置，通过引射与冷却水相上海航天AEROSPACESHANGHAI2010年第1期混合，形成的两相流最终被转化为温度、压力均较高的液态水。此液体水的一部分进入冷却装置，被冷却后再进入高速液化装置作为冷却水，从而构成液化冷却装置内部的小循环；另一部分水被送人水泵增压，随后分别进入发生器以及主燃烧室构成大循环。冷却装置的冷却介质是推进剂中的氧和氢，它们有足够的冷却能力。过冷水气氢忾