火箭燃烧室高深宽比冷却通道设计的比较

在液氢冷却的火箭燃烧室里,对高深宽比(槽高比槽宽)冷却通道的冷却效果进行了分析研究。对不同的冷却通道设计在燃气侧壁温和冷却剂压降方面的影响进行了评估。冷却剂通道的设计,包括燃烧室应用高深宽比冷却通道的长度、冷却剂通道的数量和冷却剂通道的形状。用火箭热计算(RTE)规则二维动力学(TDK)规则对七种冷却剂通道进行了联合研究。最初研制的每种冷却通道没有考虑制造因素,只考虑减少来自常规冷却通道的燃气侧壁温。这些设计产生的燃气侧壁温比给定基础下降了22％,冷却剂压降只在原基础上提高了7.5％。七种设计的冷却通道都用铣加工制造。制造后产生的燃气侧壁温比给定的基础降低了20％,冷却剂压降增加不到2％。在整个燃烧室长度上都用高深宽比冷却通道的设计在燃气侧壁上得到的好处,并没有超过只在喉部区域使用高深宽比冷却通道的设计,但冷却剂压降却增加了33％。高深宽比冷却通道在冷却压降增加不到2％的条件下,至少可以降低燃气侧壁温8％,这与冷却通道的形状无关。在降低燃气侧壁温方面得到的好处最大,且冷却剂压降增加最小的设计是采用分叉冷却通道,并在喉部区域采用高深宽比冷却通道的设计。     

燃烧室内壁面发汗冷却数值模拟研究

燃烧室内的高热流会使得燃烧室内壁面因烧蚀而破坏,发汗冷却作为一种先进的冷却技术可用作燃烧室内壁面的热防护过程中.通过平板发汗冷却模型研究了发动机燃烧室内壁面在不同热流密度下温度分布,结果显示随着热流密度的增大,壁面温度线性上升.通过研究多孔介质几何结构对发汗冷却效果的影响,发现在保持其他变量不变的条件下,孔隙率与孔径的...     

多孔C/C材料发汗冷却实验研究

发汗冷却是解决高超声速飞行器关键部位热防护问题的有效方法,文章开展了以未完全致密化C/C材料作为多孔介质、水作为冷却剂的发汗冷却实验研究。设计并制备了发汗冷却平头实验模型,分别在热流密度1.1 MW/m2和1.45 MW/m2的氧-丙烷热结构考核条件下,通过测量模型内外壁温度响应,评估其发汗冷却速率。实验结果表明,冷却剂的引入极大地降低了模型内外壁温度,外壁面冷却速率高达8.8℃/s以上,未出现明显烧蚀现象。内壁面温度均保持在水沸点100℃以下,达到了可重复使用、耐长时加热的热防护要求,进一步表明了发汗冷却的巨大应用潜力。     

燃烧室缝槽气膜冷却方案研究

针对超音速飞行器冲压发动机高马赫数、长航时的特点,结合工程计算方法和设计思想,建立了燃烧室缝槽气膜冷却过程一维计算模型,详细研究了各主要因素对气膜冷却效果的影响,并给出了某型冲压发动机高温燃烧室缝槽气膜冷却结构参考设计方案。结果表明,通过改善结构布局,合理分配缝隙冷气流量,可以有效地提高气膜冷却效果、降低壁温,适应高温燃气参数分布对隔热屏的热防护要求。     

多孔介质隔热材料中的辐射热传递分析

新型的多孔材料以其重量轻、强度高备受航天工程设计人员的亲睐,尤其是作为隔热材料使用,可以说是航天工程热防护系统的热门材料.多孔介质在辐射热传递方面具有吸收发射和散射的功能,这些功能在其接受外来热流的作用下,于内部达到热能量平衡,求解这一平衡方程就可以求出辐射热流在材料中的分布.由于求解这一方程的困难,许多学者对材料特性...     

火箭发动机冷却通道结构的优化设计

本文介绍与火箭燃烧室壁几何结构设计方案有关的数学与计算方法。该设计方案主要由两部分组成:第一,结构热力问题的‘有限元分析’;第二,用于几何结构优化设计的‘数学编程’。优化设计方法可改进燃烧室初始设计,使应力或温度下降,相应地延长寿命。该方法的主要优点是可自动确定设计变化,并对用户定义的目标函数结构进行改进。本文提出的优化设计方案将用于 H_2/O_2燃烧室的设计改进。     

GH_2/GO_2涡流冷却透明燃烧室方案设计及试验研究

涡流冷却是一种新型的推力室冷却技术,采用该技术可以简化推力室结构、降低成本,并提高系统可靠性。本文在综合国外研究成果的基础上,对涡流冷却技术进行了理论分析,设计出推力室结构,采用石英玻璃加工燃烧室圆柱段部分,并用高速摄影仪记录了燃烧室内的火焰图像。研究表明,涡流冷却透明燃烧室方案是可行的,燃烧稳定段燃烧区域占燃烧室的55%～60%。     

氢/氧燃烧室的传热特性

再生冷却火箭燃烧室传热特性的预估是高性能火箭发动机设计工作中最重要和最富挑战的任务之一.当发动机要求多次使用和几小时的寿命时,这项工作就显得更有意义。这篇报告总结了 DASA 从那时起直到现在根据他们燃烧室研制计划中得到的有用的数据对热流预估程序进行的不断改进和验证。DASA 传热预估程序现在很适合于室压3～20MPa,推力50～1000kN 的液氢液氧燃烧室的设计。不过,在重复使用运载器的领域及一般趋向于更经济的空间运载器系统设计的新方案中将要求寿命预估更可靠,因此,也需进一步改进传热预估。     

推力室多孔面板发汗冷却试验研究

为了研究液体火箭发动机推力室喷注器多孔面板发汗冷却特性,以缩比推力室挤压热试验的形式开展了多孔面板发汗冷却特性研究,试验采用常温气氢对喷注器多孔面板进行发汗冷却。发汗冷却试验共进行5次,燃烧室压力为3.9～7.6 MPa,燃烧室氢氧混合比为2.8～7.2。研究结果表明在本试验研究状态下面板燃气侧温度为680～830 K...     

烧结双多孔介质中沸腾换热的实验研究

对由铜粉烧结而成的三种双多孔介质结构进行了沸腾换热的实验。为了便于比较，同时对两种单多孔介质进行了沸腾换热实验。结果发现：当双多孔介质的微孔径和单多孔介质的孔径相同时，双多孔介质的换热系数和临界热流密度比单多孔介质高得多；对于同样微孔径的双多孔介质，存在最佳的粗孔径，其换热系数和临界热流密度最大；当逆静水压头减小的时候，换热系数和临界热流密度增加。     

推力室多孔面板氢发汗冷却传热分析

为了研究氢氧火箭发动机推力室喷注器多孔面板的发汗冷却特性,采用一维非热平衡能量方程模型对其进行了数值传热计算,计算模型考虑了冷却剂氢的变物性和多孔结构内固体与流体之间的对流换特征。分析总结了多孔结构固体导热率、孔隙率、颗粒特征直径和燃烧室热流密度等因素对多孔面板发汗冷却的影响。研究结果表明,选择较高导热率的多孔面板制造材料能够降低燃气侧面板温度和减小面板温度梯度;孔隙率一般在0.1～0.2为宜;随着颗粒特征直径增大冷却剂与多孔结构固体之间的换热能力明显下降,燃气侧面板温度呈先降低后升高的趋势。     

燃烧室结构对固液火箭发动机燃烧与流动的影响研究

建立了85%H2O2-PE固液火箭发动机氧化剂H2O2催化分解、PE燃料热解以及热解气体与氧化剂分解气体扩散燃烧的综合模型,计算了固液火箭发动机燃烧室轴对称二维内流场,对不同结构燃烧室内流场的计算结果进行了对比,研究了补燃室和氧化剂入口突扩结构对发动机燃烧性能的影响.结果表明,增加氧化剂入口突扩段有利于发动机稳定工作和充分燃烧,增加补燃室长度可以提高发动机平均燃烧温度,使燃烧更加充分.     

Harenodynamic cooling: The use of lunar sand as cooling medium

In the context of investigations to maximize the operational utilization of local resources on other worlds, a concept for using fine lunar sand as cooling medium for the rejection of waste heat is developed. Sand at cryogenic temperature is admixed to the working fluid containing the waste heat. Gas and sand form a mix of the desired and temperature of the working fluid. Subsequently, the sand is removed and intensely radiation-cooled, utilizing its very large $\text{surface}\text{volume}$ ratio. Thereafter it is recycled. It is shown that, compared to heat rejection by radiator, harenodynamic cooling offers superior efficiency, greater compactness and lower cost, improving the economics of nuclear power plants and of industrial expansion on the Moon in general.     

超燃燃烧室内流场数值模拟研究

对超燃燃烧室的高速流动与燃烧的耦合流场进行了一维和三维数值模拟,揭示了其流场的本质和各个参数的关系。首先阐述了超燃燃烧室一维流动特性,然后分析了一维流动模型,获得了芯流面积的计算公式。将一维流动模型应用到实际超燃燃烧室中,与试验数据对比,误差小于5％,并且选出了最优模型。由于一维模型仅能模拟轴向的一维参数变化规律,不能...     

燃烧室非线性压力振荡及其产生机理研究

当燃烧不稳定现象发生时,燃烧室内部往往伴随有较大幅值的压力振荡,其表现形式是非线性的.为了加深对其产生机理的认识,在能量平衡方法的基础上,通过求解包含高阶非线性项的各阶能量平衡方程,模拟了燃烧室非线性压力振荡曲线,给出了不稳定状态下,燃烧室压力的陡峭化过程以及各阶模态的“极限环”幅值分布.在此基础上,进一步对初始线性增长率α以及非线性效应对“极限环”幅值的影响规律进行了参数化研究,获得相应的分布规律曲线.最后,作为验证,对不同稳定工况下的“爆炸弹”压力振荡过程进行了数值模拟.研究表明,不稳定燃烧过程中,各阶模态之间存在相互作用,且随着α的增加,“极限环”幅值呈线性递增趋势,而非线性效应对“极限环”幅值的影响规律则相反.此外,“爆炸弹”数值实验表明,在进一步完善非线性项后,能量平衡方法具有模拟非线性燃烧不稳定现象的潜力.     

挤压式低室压推力室再生冷却问题

推力室冷却设计是液体火箭发动机设计的关键之一,通过论述推力10kN挤压式低室压推力室的冷却设计,对其进行了传热分析,并进行了试验验证。结果表明,推力室采用再生冷却和辐射冷却相结合的冷却方式时,发动机工作可靠,不会出现内壁烧蚀。     

基于图像处理技术的补燃室火焰温度场测量

为了测量补燃室火焰温度场,在直连式试车台上进行二维开窗式固体火箭冲压发动机试验,应用高速数字摄影仪对补燃室内的火焰进行拍摄。对所获得的火焰图像,根据基于彩色CCD图像的比色测温原理,求得补燃室火焰的投影温度场。结果表明这种方法简单可靠,测量精度也满足要求,可以用来对补燃室火焰温度场进行测量。     

超燃冲压发动机燃烧室亚/超燃模态数值研究

采用Mac Cormack格式、B-L湍流模型及氢/空气两步化学反应模型,计算了双模态冲压发动机燃烧室在不同来流条件和供油规律下的二维燃烧流场。计算结果表明,在相同来流条件下,供油规律对燃烧室的工作模态有着重大影响;在不同来流条件下,可通过调节供油规律,使燃烧室分别实现亚燃模态和超燃模态。