液氧∕煤油发动机试验扩压器热力耦合特性分析

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1、第42卷第l期火箭推进V01．42．№．12016年2月JouRNALoFRocKETPRoPul5IoNFeb．2016液氧／煤油发动机试验扩压器热力耦合特性分析秦永涛，唐斌运，沈继彬，李波(西安航天动力试验技术研究所，陕西西安710100)摘要：针对液氧，煤油发动机试验台现有高模试验扩压器存在的局部焊缝开裂问题，基于燃气扩压器的热力耦合环境，采用雷诺平均方程和ss￡I

2、}一占湍流模型，对扩压器内部的压力场、速度场和温度场进行分析，根据燃气冷却换热对扩压器内部温度梯度进行研究；用有限元法对扩压器冷却结构进行热应力分析，结合扩压器加工结构特点，确定局部焊缝开裂内外因根源；最后通过试验过程的扩

3、压器应变测量，验证了该方法有效性，为解决扩压器焊缝开裂问题和现有扩压器改进设计提供了分析方法和理论指导。关键词：扩压器；发动机试验；热力耦合：热应力分析中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2016)01—0071—06Analysisonthermalmechanicalcouplingcharacteristicsofdif!lhserintestofliquidoxygen／kerosenerocketengineQINYon垂ao，TANGBiny眦l，SHENJibin，UBo(Xi’anAeroSpacePropulsionTestTechnolo

4、g)rhlstitute，Xi’an710100，China)Abs岫Ict：ForsolVingthepartweldcrazingproblemofdif凡serinhigh．altitudesimulationtestinaliquidoXygen／l(erosenerocketen百ne，Reynoldsmeanequationandss￡蠡一sturbulencemodelwereusedtoanalyzetheinnertemperaturefield，pressurefieldandVeloci够fieldinthedifmserunderthethe肌almechanical

5、couplingenVironmentofdi触ser．TheillIlertemperature伊adientofthedi吼serwasresearchedaccordingtothegascoolingandheattransfer．Athe衄a1st．ressanalysisforthecoolingstlllctureofthediffhserisconductedwithfiniteelementmethodtoconfi吼theintemalandextemalcauseofpartweldcrazinginconsiderationofthestnlcnlralcharact

6、eristicsofthedi矗hser．TheValidityandaccuracyofthemethodwerepr0VedbystrainmeasIlrementofthedifmserinthepmcessofaliquidoxygen瓜erosenerocketenginetest，whichprovidedananalysismethodandtheoreticalguidanceforsolVingtheweldcraZingproblemofthedifmserandmodi母ingthedesignoftheavailabledifmserK叫w∞ds：difmser；en

7、酉netest；thermalmechanicalcoupling；thermalstressanalysis收稿日期：2015一01—25；修回日期：2015—03—26作者简介：秦永涛(198l一)，男，博士，研究领域为液体火箭发动机试验技术72火箭推进2016年2月O引言在火箭二级发动机设计时，为了提高推力与比冲等性能，采用了大面积比喷管，但地面进行热试验中，由于喷管出口静压远低于环境压力，使得喷管容易出现气流分离，导致分离点的热流很大，对于喷管结构容易造成热破坏，同时分离流状态下测量的推力与计算的比冲与喷管满流状态不一样。为此，火箭二、三级发动机在地面试验中需要采用引射装置以保证喷管

8、满流工作【㈣。180kN液氧／煤油发动机试验台引射装置采用等截面的扩压器(可双向移动扩压器)，用于模拟发动机18km的环境压力(7．5kPa)。该扩压器采用夹套水冷却方式进行冷却。扩压器采用氩弧焊焊接方式，在内壁上点焊冷却水隔板，隔板之间焊接有板条，如图1所示。；令圭J]瞬维∞板筋板图l试验台扩压器内部冷却通道结构Fig．1Internalstructureofcoolingchannelindi咖ser该扩