利用PP法简化液体姿轨控发动机化学反应机理

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1、第41卷第5期2015年10月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．41，No．5Oct．2015利用PP法简化液体姿轨控发动机化学反应机理王大锐，程圣清，张楠(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：针对含有43种组分201步基元反应的甲基肼／四氧化二氮反应机理，提出运用主成分联合多代通量方法(简称PP法)进行简化。该方法简化结果与国外文献以及详细机理在典型工况下着火延迟时间、平衡温度及主要平衡组分摩尔百分数计算结果均符合较好，为进行耦合化学反应的液体姿轨控火箭发动机燃烧

2、CFD研究奠定基础。最后，通过甲基胼和四氧化二氮、CH4和O：以及H：和0：三种推进剂组合化学反应机理简化结果对比，说明PP法相对于主成分分析法(PCA)和多代通量法(PFA)简化效果更好，可简化机理范围更广。关键词：姿轨控发动机；甲基肼，四氧化二氮；简化机理；主成分联合多代通量方法中图分类号：V434．13—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2015)05—0061—06Simplificationforchemicalreactionmechanismofliquidattitudean

3、dorbitcontrolenginebyPPmethodWANGDarui，CHENGShengqing，ZHANGNan(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abslzact：Themethodofprincipalcomponentunionmulti—generationflux(PPmethod)isproposedinthispapertosimplifyreactionmechanismofmonomethylh)7

4、drazine／nitrogentetroxidewith43speciesand201stepelementaryreactions．Thesimplifiedresultsofthismethodcoincidewellwiththedetailedmechanismcalculatedresults(suchasignitiondelaytime，equilibriumtemperature，molefractionofmainequilibriumcomponents)undertypicalco

5、nditionsreportedinforeignliterature，whichhaslaidthefoundationforliquidattitudeandorbitthrustercombustionCFDstudyofthecoupledchemicalreaction．Thecomparisonofthesimplifiedresultofthechemicalreactionmechanismofthreepropellants(monomethylhydrazine／nitrogentet

6、roxide，CH4and02，H2and02)indicatesthatthePPmethodisbetterthanPCAandPFA．Itsrangetosimplifymechanismiswider．Koywords：attitudeandorbitcontrolengine；monomethylhydrazine／nitrogentetroxide；simplifiedmechanism；PPmethod收稿日期：2015—04—13；修回日期：2015—05—14作者简介：王大锐(1986～

7、)，男，博士，研究领域为液体火箭发动机燃烧数值仿真62火箭推进2015年10月O引吾近年来，耦合详细化学反应的液体火箭发动机燃烧过程研究成为热点，掌握主要推进剂组合的化学反应机理是开展该研究的基础。目前，甲基肼(MMH)／IN氧化二氮(NTO)，液氢(LHz)／液氧(L02)和煤油(Kerosene)／液氧(L02)是3种主要的航天推进剂组合。与后两种推进剂组合相比，MMH／NTO属于自燃推进剂，其详细机理很难获得。此前，对于此类推进剂组合火箭发动机燃烧CFD计算通常采用总包反应代替，如0．Knab将四步

8、总包反应加人到发动机燃烧模型中Itj，对400N液体姿轨控火箭发动机燃烧过程进行了数值模拟。研究后发现，总包反应对于中间反应忽略过大，数值计算结果与试验测量结果出入较大，因此需要构建详细机理对发动机燃烧过程进行模拟，其中Laurent构建了一套含有82种组分和403步基元反应的详细机理(机理未公布)[2-3}，该机理通过与Seamans的爆炸理论在点火延迟时间上计算结果的比较【4]，验证了该机理的正确性，但该机理过于复杂，并不