5kN再生冷却发动机推力室传热研究

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1、第38卷第2期火箭推进Vo1．38，No．22012年4月JOURNALOFROCKETPROPULSIONApr．20125kN再生冷却发动机推力室传热研究孙鑫，杨成虎(上海空间推进研究所，上海201112)摘要：5kN摇摆发动机推力室采用再生冷却身部，为检验推力室冷却方案设计的合理性，对5kN再生冷却发动机推力室进行传热计算，分析了再生冷却的影响因素，并针对发动机设计提出了相应的改进措施，改进后的发动机热试车工作正常，表明了改进工作的有效性。关键词：再生冷却；传热；热试车中图分类号：V434．14—34文献标识码：A文章编号：167

2、2—9374(2012)02—0032—06Heattransferinvestigationfor5kNregeneratively--cooledenginethrustchamberSUNXin，YANGCheng—hu(ShanghaiInstituteofSpacePropulsion，Shanghai201112，China)Abstract：5kNgimbaledengineadoptstheregenerativecoolingtechnologyinthethrustchamberdesign．Inordertoval

3、idatetherationalityofthecoolingschemeofthethrustchamber，theheattrans—fercalculationontheregenerativecoolingthrustchamberwasconducted，andtheefectsofexcessoxidizercoeficientandcombustionchamberlengthonregenerativecoolingwereanalyzed，andanimprovementapproachfortheenginedesi

4、gnwasputforward．Theredesignedengineworkedproper—lyinthefiringtest．Itindicatesthattheimprovementapproachisefective．Keywords：regenerativecooling；heattransfer；firingtest热流烧坏的最常用、最有效而经济的方法_11。0引言在国内，只有一些运载火箭动力系统使用的大推力发动机采用的是再生冷却发动机。如5kN摇摆发动机可用于多星发射上面级动力“长征2”运载火箭的第二级主发动机YF一22

5、，身系统，为上面级提供变轨动力。为适应系统长寿部采用往复式再生冷却，真空推力达719．8kN；命、高可靠性的要求，其推力室使用了再生冷却“长征3A／3B”运载火箭的第三级发动机YF一75，身部。身部采用再生冷却是保护推力室免受燃气单台推力达78．45kN等l2l。到目前为止，国内尚收稿日期：2011—11-28；修回日期：2012—02—02基金项目：家高技术项日(2006AA702306)作者简介：孙鑫(1985一)，男，硕上，研究领域为空间推进系统设计第38卷第2期孙鑫，等：5kN再生冷却发动机推力室垫窒没有推力量级在5kN左右的低

6、室压再生冷却发动机。2推力室传热计算大推力再生冷却发动机一般采用泵压式供应系统，推进剂流量大，有足够多的推进剂用于冷5kN发动机可采用有限元法对再生冷却推力却推力室，很容易满足冷却的要求。而中小推力室进行了传热计算，并从结构优化设计的角度提再生冷却发动机，一般采用挤压式供应系统，室出相应的改进措施。工程上对于推力室的传热计压低，推进剂流量较小，不容易组织再生冷却。算，通常采用基于准则关系式『1_进行估算，该方5kN发动机采用MMH和NO作为推进剂，选法能较为快速的计算出推力室沿轴向的壁温变用冷却性能较好的MMH作为冷却剂，全流量通化、热

7、流密度以及冷却剂的温升情况。本文采用过冷却夹套，然而由于推进剂流量很小，仅靠冷该方法对5kN再生冷却发动机推力室进行传热却夹套内的再生冷却还不足以解决身部的冷却问计算。题，必须辅助以边区的液膜冷却。若冷却方案设2．1计算模型计不合理，冷却剂很可能发生汽化，汽化后产生再生冷却发动机推力室内的传热可以看成是的气泡会堵塞通道，进而引起喷注器烧蚀，大大一个串联换热问题，其换热过程包括嘲：降低发动机工作的可靠性。因此考虑如何控制冷1)燃气与内壁之间的对流传热和辐射换热；却剂温升，防止其气化，是设计此类发动机的难2)气侧壁面与液侧壁面之间的导热；点

8、之一。3)冷却剂与液侧壁面之间的对流换热；4)液侧壁面与外壁之间的导热；1发动机设计5)推力室外壁与外界环境间的对流换热和辐射换热。5kN发动机在设计上充分继承了10kN双向推力室外壁温度一般与外界环境温度