氧/甲烷安全排空装置设计及应用

针对液氧/甲烷、液氧/煤油等火箭发动机地面试验中氧/甲烷排放易出现重气云、易燃易爆危险性高等问题,设计一种安全排空装置,总体结构为下部是收集箱,上部是排空筒。采用功能驱动设计、应力校核尺寸的方法,对排空装置的收集箱、排空筒、固定支架几个关键部件进行了结构设计。设计结果为:收集箱是内部焊接有角钢骨架的钢板结构,钢板截面应力为0.4 MPa,远低于允许应力,人孔通过低温橡胶密封;排空筒下部是花管结构,插入收集箱与其联通,中部焊接排放接嘴,所受平均风力为111.2 N/m,引起的最大弯曲正应力为1.45 MPa,切应力为0.01 MPa,安全系数均很高;固定支架螺栓所受应力幅为2.1 MPa,低于许用值9.7 MPa。利用数值分析工具,仿真了排空装置工作过程,分析结果为:收集箱内最大压力为0.107 MPa,排放接口处最大冲击载荷为0.72 MPa、出口平均流速为45 m/s,均符合强度要求和安全排放要求。加工的排空装置多次成功应用于相关试验,结果表明:该排空装置设计方法可行,结构可靠,实现了预期功能,保证了氧/甲烷等易燃易爆介质的安全排放。