环槽式过氧化氢牒油气液喷注器研究

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1、第38卷第3期火箭推进Vo1．38．№．32012年6月J0URNALOFROCKETPROPULSIONJun．2012环槽式过氧化氢牒油气液喷注器研究潘亮，聂嵩，刘业奎(北京航天动力研究所，北京100076)摘要：对环槽式过氧化氢／煤油气液喷注器进行了理论分析和数值仿真计算。介绍了环槽式过氧化氢／煤油气液喷注器热试车情况，试验燃烧室压力l2MPa，混合比7~9，获得了燃烧效率、点火性能、燃烧稳定性、喷嘴特性及混合比等重要参数。关键词：过氧化氢／煤油；喷注器；数值模拟；试验中图分类号：V434．3—34文献标

2、识码：A文章编号：1672—9374(2012)03—0023—06Investigationofcircularslothydrogenperoxide／keroseneinjectorPANLiang，NIESong，LIUYe-kui(BeijingAerospacePropulsionInstitute，Beijing100076，China)Abstract：Thecircularslothydrogenperoxide／keroseneinjectorisanalysedtheoreticallya

3、ndmodelednumericallyinthispaper．Thehottestsofthehydrogenperoxide／keroseneinjectorarepre—sented，inwhichthechamberpressureis1-2SPaandthemixtureratiois7-9．Somekeyparameterssuchascombustioneficiency，ignitioncharacteristics，combustionstability，nozzlecharacteristi

4、csandmixtureratiowereobtained．Keywords：hydrogenperoxide／kerosene；injector；numericalsimulation；test公司为美国空军研制的ARRE发动机以及NASA0引言提出的USFE上面级发动机】。本文通过仿真计算和试验，对环槽式过氧化氢／煤油气液喷注器进在上世纪30—40年代过氧化氢开始被应用于行研究，获得了燃烧效率、点火性能、燃烧稳定液体火箭发动机Il_，进人9O年代后，过氧化氢发性、喷嘴特性及混合比等重要参数。动机因其具有高密

5、度比冲、绿色环保、常温可贮针对过氧化氢／：谋油气液喷注器，国内多家单存及操作安全方便等优[21，再次引起世界的广位开展了相关研究：上海某研究所从1993年就泛关注，知名的有俄罗斯的PH一16117发动机、开始对过氧化氢点火技术进行研究[蜘；林革和凌诺思罗普·格鲁曼公司的TR108发动机[31、Aerojet前程等对两股自击式喷嘴、喷注孑L均布直喷式喷收稿日期：2011-11-14；修回日期：2011-12—24基金项目：国家“863”项目(2006AA705308)作者简介：潘亮(1980一)，女，工程师，研究

6、领域为液体火箭发动机推力室设计火箭推进2012年6月嘴及喷注孔均布内部带溅板式气液直流喷嘴进行式中：d加为液滴体积中径，cm；为煤油射流直了点火试验研究同；王振国等对撞击内混式喷嘴、径，cm；；和分别为射流速度和喷射区环境气同轴剪切式喷嘴及同轴离心式喷嘴进行了点火试体的速度，cn4s；p和p耐分别为空气密度和燃烧验研究嘲；北京某研究所对过氧化氢／煤油气液喷室喷注面附近的实际燃气密度，~cm3；，，P注器的研究进行得比较深入，不但进行了分别为动力粘度、表面张力和密度；下标Heptan35000N泵压式发动机50s

7、地面全系统热试车，为庚烷；下标i为煤油射流。而且还进行了5000—11000N变推力发动机3×由公式(1)和公式(2)算得煤油液滴体积550s热试车，喷注器最多进行了6次起动，累中径约为100m，符合一般推进剂液滴平均直计试车时间达1730s。径的范围，说明本文研究的煤油喷嘴雾化符合使用要求。1气液喷雾燃烧过程分析相应的喷雾尺寸分布表达式为：喷注器是推力室最为核心的组件，它将推进署一_(Id30)』e矗地(3)剂喷入燃烧室中，使其雾化和混合，实现稳定的1．2蒸发过程燃烧。环槽式过氧化氢／煤油气液喷注器为一体式煤

8、油液滴不能直接在液态下燃烧，实际的燃面板，由煤油自击喷嘴和过氧化氢燃气喷孔组烧过程是煤油液滴在高温燃气的扩散和热传导下成，煤油通过进口接管嘴进人环形煤油集合器，不断蒸发，其表面被一薄层煤油蒸气包围，煤油然后通过多个径向通道由侧向进入喷注器中，过蒸气不断向外扩散，而过氧化氢燃气则不断向里氧化氢燃气通过喷注器上的环槽形喷嘴进入燃烧扩散，在某个扩散半径处形成可燃混合气而开始室中，与喷人的煤油