发动机起动燃气返腔仿真与影响分析

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1、第37卷第2期火箭推进V01．37．№．22011年4月JouRNALoFRocKETPRoPuLsIoNApr．201l发动机起动燃气返腔仿真与影响分析刘洪坤，王维彬(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：针对某液体火箭发动机在试车起动时出现的燃气发生器头部温度过高现象，建立了发动机起动时发生器及燃气系统内部流动的三维模型，通过F1uent流场计算对起动燃气路内流场进行了模拟和分析。从启动器起动0．65s定常流场计算结果与0～0．65s的瞬变流场计算结果中可以看出，火药启动器燃烧后的起动燃气沿倾斜的燃气入口进入燃气路，经内壁反射后冲入燃

2、气发生器，燃气进入发生器头腔，造成了发生器头部温度过高。调节氧头腔氦吹除流量，进行起动的0．65s定常数值模拟。模拟结果表明，适当增大吹除流量是控制起动时发生器头部温度的一个行之有效的手段。再将燃气多通的燃气入口倾角改进为80。倾角和90。倾角，分别建立模型并进行了起动的O．65s定常数值模拟。模拟结果与原模型进行比较时发现，燃气入口倾角增大可以在一定程度上改变起动燃气路径，减少燃气返腔造成的头腔温度峰值过高的影响。关键词：氢／氧火箭发动机；数值模拟；优中图分类号：V434—34文献标识码：A化设计文章编号：1672—9374(2011)02—

3、0030—081、1一’1J’1’几BaCktlOWS1mUlatlOnand1tS1n士lUenCeanalysisfOrgasgeneratorofLRELIUHong—kun，WANGWei_bin(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abs眦t：A3Dmodelofthegeneratorandthegasnowinsidethegassystemwhiletheengineisstartingisestablishedtoeliminatethehigh—te

4、mperaturephenomenonappearingattheheadofLH2／LOXenginegasgenemtorastheenginestarts．TheinnernowfieldinthestartinggaslinewassimulatedandanalysedaRernowfieldcalculationwiththeFluentso胁are．Thecalculationresultsofthesteadynowfieldasthestarterworksfor0．65sandtheunsteadynowfieldinthe

5、rangeof0～0．65sshowthatthestaninggas行omthebumedstanerentersintothegaspipebythedeclininggasintake，renectsontheinnerwall，thengoesintothegasgeneratoranditshead，andresultsinaoVerhi曲tem—peraturethere．Thenumericalsimulationofthesteadynowfieldat0．65swasconducted．Theresultshowsthatth

6、eappropriateincreaseoftheablutionnowandthegasintakeangle(80。and90。)isane疗’ectivemeasuretoreducetheinnuenceofthehightemperatureontheengine．收稿日期：基金项目：作者简介：2010—1l一24；修回日期：201l一01一10国家航天技术支撑项目刘洪坤(1985一)，女，硕士，研究领域为航空宇航科技理论与丁程篁!!童篁!堡型堂丝：量l垄垫垫堡垫堡量堡墼堡星皇墅塑坌堑：!趾y嘣血；LH扎OxrocMengIlle；佃

7、rncricalm舢lmI帅；op“删黯60ndesl印0引言液体火箭发动机的工作过程包括起动、额定T作和关机，其中以起动过程最为关键。起动过程是发动机接收到起动指夸，打开有关阀门至发动机推力达到额定工作状态的过程”‘。在起动过程中，发动机系统参数在大范围内迅速地变化，且伴随着不同的过渡过程，系统组件处于较恶劣的工况，容易导致发动机故障。液体火箭发动机研制和使用阶段发生的故障有30％以上发生于起动和其它过渡工况，因此，对发动机起动过程进行研究十分重要9。本文以某液体火箭发动机的起动过程为研究对象，对发动机的结构进行了深人分析．以期通过数值模拟方

8、法重现燃气发生器头部面板温度过高现象的内流场，深化对这一现象的认识，从而提出对其控制的具体措施，并用数值模拟来验证增加氧头腔吹除流量与火药启动器相对于