姿控发动机热防护研究
8页1、中国航天第三专业信息网第2 7 届年会航天动力技术发展与应用学术会议论文集姿控发动机热防护研究张忠利( 陕西动力机械设计研究所,陕西西安7 1 0 1 0 0 )摘要:本文分析某型运载火箭上面级姿控发动所在环境的主要热源为游机喷管辐射、游机燃气羽流辐射、涡轮废气管辐射等,并计算得到了各受热危险部位所接受的辐射热流,依据热流值提出热防护方案,并对防热方案进行数值仿真乖试验验证,其中试验值与仿真值接近。主题词:姿控发动机热防护符号说明:A一一B一一一一F一一p一一q一一表面积,n 1 2 ;系数,过程参数;比热,J k g - K ;辐射换热角系数;分压,P a ,M P a ;热流,W m 2 :上标:+一一滞止参数下标:CNt h r e et u r燃烧室;喷管;三通:涡轮废气管:T一一V一一口一一占一一盯一一ff i v et u b eW温度,K ,;体积,m 3 ;密度,k g m 3 ;黑度;玻尔兹曼常数辐射面五通:导管;壁面:张忠利:姿控发动机热防护研究1前言位于运载火箭上面的定向姿控发动机受到下面级发动机的喷管辐射、燃气对流抉热、羽流辐射加热等,致使上面的定向姿控发动机的
2、管路在其未充填时管路的温度远远超过推进剂的沸点及热分解温度,因此必须分析定向姿控发动机的热环境,针对热环境情况制定切实可行的防护措施,以满足发动机的可靠工作。本文分析我国某型号运载火箭的定向发动机的热环境参数,针对热环境情况制定不同的热防护方案,并对热防护方案进行数值仿真及试验验证。2 姿控发动机所处的热环境分析某型定向姿控发动机处在二级游机和主机燃气羽流及喷管辐射的热环境中,其中燃料供应部位接受的热源有二级主机喷管和燃气、二级游机喷管和燃气、涡轮废气管、燃气发生器及火药启动器。二级主机距离姿控发动机部位较远,由羽流理论可以确定二级主机的燃气羽流对姿控发动机的热辐射及对流换热可以忽略。二级游机的燃气发生器为再生冷却,壁面温度很低,从辐射换热角度考虑,忽略该热源项。火药启动器壁面温度虽然较高,但其工作时间很短,忽略该热源项。参考二级游机高模试车数据,铌合金大喷管壁面平均温度约为1 0 0 0 “ C 。二级游机的辐射效应包括铌合金大喷管和羽流辐射两部分。二级游机涡轮疫气管壁温度5 0 0 。2 1 游机羽流流场计算分析本文应用F L U E N T 软件对二级游机的外流场进行数值计算,计
3、算时选取二维轴对称几何模型,采用压力入口边界、压力出口边界和远场压力边界来封闭求解域,内外流场的计算均采用隐式稳态的求解法,湍流模型采用目前应用最广、精度最高的R N G 一s 模型,方程的离散采用精度较高的二阶迎风格式。计算边界条件:入口总压3 ,2 8 M P a ,马赫数】。0 ;出口及远场静压O O P a ,马赫数0 0 ,静温1 8 0 7 K 。计算结果如图1 、2 所示。图1 二级游机外流场总温分布图囤2 二级游机外流场速度分布图由计算结果可以得出,外流场边界外燃气总温、速度值都很小。姿控发动机燃料供应管路中距离热源比较近的部位有燃料导管及三通和五通,它们距游机推力室喉部的垂直距离较大,燃气速度及温度将中国航天第三专业信息网第2 7 届年会航天动力技术发展与应用学术会议论文集进一步减小,因此忽略二级游机燃气羽流对这些部位的对流换热不会对燃料供应管路的热效应产生较大影响。2 2 二级游机羽流与受热恶劣部位之间的辐射热流二级游机燃烧室热力计算参数:T e * - - - 2 9 7 9 4 K 、P c m P c - o 0 3 6 8 、p m o p o = 0 2
4、6 9 5 参考相关文献,计算得到= 级游机燃烧室的燃气辐射热流:q , = 7 2 6 6 k W m 2参考文献1 ,在喷管面积比4 处,辐射热流降至燃烧室辐射热流的3 在面积比5 0 处,辐射热流降至燃烧室辐射热流的1 ,依据以上原则,可以计算二级游机出口处的燃气辐射热流。二级游机出口处的面积比约为5 0 ,那么二级游机出口处的燃气辐射热流为;q f = 0 0 1 q 。= 7 2 6 6 k W m 导管外包覆镀铝薄膜,参考文献2 ,取镀铝薄膜的黑度em b 。- - - 0 0 6 ,忽略镀铝薄膜与导管之间的热阻。2 3 游机喷管与受热恶劣部位的辐射热流游机喷管对受热危险部位的辐射换热角系数,参考文献3 ,采用同轴圆盘模型,如图3 4 所示。应用角系数的完整性和互换性可以得到游机喷管与各r :7r 掺一1 - -工部位之间的辐射换热角系数。图3 同轴圆盘模型图4 同轴圆盘对国环模型简图将铌合金喷管沿轴向取- - d , 段,按圆柱计算喷管表面积再转化成等面积的圆环,利用角系数的可加性,并考虑机架三角横梁对热射线的阻挡得到铌合金喷管对受热危险部位的导管、三通、五通的辐射换热角
《姿控发动机热防护研究》由会员jiups****uk12分享,可在线阅读,更多相关《姿控发动机热防护研究》请在金锄头文库上搜索。
建立安全生产长效机制-共创和谐平安输气管道
土石方爆破工程设计方案
康师傅百货商场制度汇编之退换货管理办法
庙头中学2012年中考百日誓师大会学生代表发言稿
围堰拆除爆破工程
华能洱源马鞍山风电场工程土石方爆破管理制度
国资委:全面开展管理提升活动-为培育世界一流企业奠定坚实基础
《专业技术人员职业发展与规划》电子书
应收票据审计方案
建筑给水排水与采暖工程质量验收用表
广播电视管理条例行政处罚裁量标准
广东电力系统调度运行操作管理规定
建筑给排水工程名词解释
幼儿园小班安全健康活动教案:宝宝误食后的急救
建业集团房屋建筑工程交房标准内容技术交底
建筑心理学论文(1)
康师傅百货商场制度汇编之工服管理程序009
建筑工程专业一级建造师继续教育培训结业报告20
廉洁风险防控回头看工作汇报材料
平台工作人员服务规范
2023-06-04 35页
2023-06-06 26页
2023-06-04 19页
2022-09-23 7页
2023-10-17 6页
2023-07-04 18页
2024-02-11 19页
2023-11-25 10页
2023-11-26 22页
2023-07-16 7页