低温推进剂输送管路热动力排气系统研究

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1、2015年第3期导弹与航天运载技术No.32015总第339期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.339文章编号：1004-7182(2015)03-0082-04DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20150320低温推进剂输送管路热动力排气系统研究戈庆明，于新宇，郑孟伟，吴宏雨（北京航天动力研究所，北京，100076）摘要：为了实现低温推进剂的长期在轨贮存，保证推进剂从贮箱到发动机的液态供应，拟采用热动力排气系统（ThermodynamicVentSystem，TV

2、S）来实现推进剂的热管理。以单位长度液氧管路为例，阐述了热动力排气系统的原理，进行热动力排气系统孔板及TVS管路设计、在轨贮存时间计算、TVS管路排放量计算以及排放量影响因素分析。关键词：低温推进剂；长期在轨贮存；热动力排气系统；排放量中图分类号：V511文献标识码：AThermodynamicVentSystemforCryogenicPropellantFeedSystemGeQing-ming,YuXin-yu,ZhengMeng-wei,WuHong-yu(BeijingAerospacePropulsio

3、nInstitute,Beijing,100076)Abstract:Toachievelong-termon-orbitstorageofcryogenicpropellantandensurethefeedingofliquidpropellantfromtanktoengine,theThermodynamicVentSystem(TVS)wasusedtoachieveheatmanagementinitially.Takingaliquidoxygenlineinunitlengthasanexample

4、,thetheoryofTVSwasexpounded,theorificeandTVSlineoftheTVSweredesigned,andtheon-orbitstoragetimeandmassflowofTVSlinewerecalculated.Atlast,thefactorsthataffectedmassflowwereanalyzed.KeyWords:Cryogenicpropellant;Long-termon-orbitstorage;ThermodynamicVentSystem(TVS

5、);Massflow0引言热效果有关，因此必须对输送管进行有效绝热或有效随着深空探测任务，特别是未来载人登月、登火制冷，以减少导管中的汽化量，抑制管内“间歇泉”星等计划的开展，低温推进剂（如液氢、液氧等）不和两相流的发生。但要满足运载火箭发射时间段短时间使用，而且要适为了实现低温推进剂从贮箱到发动机的液态供[1]应未来长时间在轨任务的需求。但是低温推进剂沸点应，并维持发动机入口温度始终处于发动机工作允许低，空间环境中恶劣的热环境会引起低温推进剂的大的范围内，参考国外低温推进剂输送管路长期在轨热[2，3]量蒸发，因此

6、需要开展低温推进剂的长期在轨贮存关管理技术方案，采取的主要技术方案是在发动机入键技术预先研究。20世纪60年代，NASA就意识到低口处安装热动力排气系统（ThermodynamicVent温推进剂在未来的航天技术，特别是在载人登月和火System，TVS）装置，实现低温推进剂管路的长时间星探测任务中的重要性，启动了大量的研究项目，开在轨贮存，目标至少一年。展了概念研究、系统设计、关键技术攻关和大量的地面演示验证试验。目前，在载人探月工程的牵引下，1热动力排气系统原理中国在低温推进剂长期在轨贮存方面刚刚起步，大多热动

7、力排气系统由隔离阀门、孔板、TVS管路等[4]停留在文献的收集和调研阶段，只开展了初步方案的组成，其工作原理为：当推进剂温度达到指定温度后，论证工作。隔离阀门打开，推进剂管路内的推进剂以低流率通过低温推进剂在输送管中过量汽化后，其蒸汽会进节流孔板，形成温度和压力降低的两相流。该两相流入发动机涡轮泵，造成泵的汽蚀，进而会进入推力室，通过TVS管路与推进剂管路进行充分的热交换，使其导致发动机不能正常工作。低温推进剂在输送管中是全部变为蒸汽，对推进剂管路内部低温推进剂产生制[5]否形成“间歇泉”以及汽化量的大小，与输送管

8、的绝冷效应，热动力排气系统原理如图1所示。收稿日期：2014-09-20作者简介：戈庆明（1983-），男，工程师，研究方向为液体火箭发动机总装设计第3期戈庆明等低温推进剂输送管路热动力排气系统研究83热导率为22−−112(TT12+)11(TTTT1212++)()KN=×3.6510+×1.110（2）2N多层绝热系统的热导率在每一个温度下，存在最dK