上面级发动机推力室喷管延伸段气膜冷却研究

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1、第39卷第4期2013年8月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．39．№．4Aug．2013上面级发动机推力室喷管延伸段气膜冷却研究孙永奇，李宝荣，杨建文(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：上面级发动机采用四氧化二氮／偏二甲肼为推进剂，将涡轮排气引入推力室喷管气膜冷却喷管延伸段。仿真计算和热试车表明：推力室主燃气与涡轮排气压力在同一截面处相等，涡轮排气沿喷管延伸段壁面流动形成紧贴喷管壁面的气膜，对主燃气无扰动，对喷管延伸段起到冷却保护作用。推力室喷管延伸段传热计算值和热试

2、车延伸段温度测量值吻合，排气集合器内压力基本均匀，满足工程应用需要。关键词：液体火箭发动机；推力室；喷管延伸段；气膜冷却中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2013)04—0013—06Researchongasfilmcoolingatnozzleextensionsectionofthrustchamberforupperstageengine一一一SUNYong-qi，LIBao-rong，YANGJian-wen(Xi’anAerospacePropulsionInstit

3、ute，Xi’an710100，China)Abstract：Nitrogentetroxide(N204)／unsymmetricaldimethylhydrazine(UDMH)isadoptedaspropellantoftheupperstageengine．Theturbineexhaustgasisimportedintothenozzleextensionsectionofthrustchambertoformlowtemperaturegasfilm．Thesimulationcalculation

4、andthegroundhot-firingtestwereperformedtovalidatethecoolingmethod．Theresultsshowthatthepres-sureofthemaingasfromthethrustchamberisequalwiththatoftheturbineexhaustgas，andthegasfilmformedbytheturbineexhaustgaswhichflowsalongthenozzleextensionsectionandappressesw

5、iththeinnerwallofthenozzlehasnoperturbationtothemaingas，andprotectsthenozzleexten-sionsectionfromhi曲temperature．Thevalueofheat—transfercalculationofthenozzleextensionsec·tionofthrustchambercoincideswiththatoftemperaturedetectionduringthegroundhot-firingtest．Th

6、epressureintheexhaustgascollectorisbasicallyuniform．Itsatisfiedtherequirementsofapro—ject．Keywords：liquidrocketengine；thrustchamber；nozzleextensionsection；gasfilmcooling收稿日期：2012—10—13；修回日期：2012—12—06基金项目：国家863项目(2007AA705302)作者简介：孙永奇(1976一)，男，硕士，研究领域为液体火箭发动机推

7、力室设计14火箭推进2013年8月0引言上面级是一种高效空间飞行器，是空间运输系统的一个独立单元，具有较强的任务适应性，其工作段通常已经进入地球轨道，在轨道上完成滑行、轨道机动、有效载荷的分离与部署等任务，具有多次起动、长时间工作、自主飞行等特点，是提高火箭性能和任务适应能力的有效途径。世界各国非常重视上面级的研制。上面级发动机的一个特点是比冲要求高。火箭发动机推力室比冲的提高主要通过提高推力室燃烧效率和增大喷管面积比的方法。推力室燃烧效率提高到一定程度后再很难提高，于是，增大喷管面积比成为提高比冲的一个有效途径。

8、上面级发动机由于外界环境压力很小，几乎为真空，喷管面积比在发动机空间允许的情况下可以几乎无限增大，但随着喷管面积比的增大，由于推进剂流量有限，对于高室压推力室而言，采用再生冷却方式冷却整个喷管已不可能；采用可延伸喷管，技术难度、研制周期和成本是可想而知的；采用单壁薄片增加镀层的辐射冷却方式，研制成本也将会增加很多。因此，采用一种低成本又能对喷管延伸段进行有效