面关机针栓式喷注器发动机头部传热分析

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1、第36卷第6期2010年12月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．36．No．6Dee．2010面关机针栓式喷注器发动机头部传热分析杨振宁，张锋，周军(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：对面关机针栓式喷注器发动机头部的传热情况进行了分析建模，应用数值方法分别计算了发动机在工作过程和关机后头部集液腔内推进剂温度的瞬态变化情况。计算结果表明，发动机在工作过程中头部集液腔中的推进剂温升很小，关机后推进剂有不超过200。C的温升。从计算结果来看，头部的推进剂处于安全的温度范围内。关键词：针栓式喷注器；推进剂；传热分

2、析中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2010)06—0006—05StudyonheattransferofaFSOpintleinjectorengineheadYANGZhen—ning，ZHANGFeng，ZHOUJun(Xi’allAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abmaet：Inthispaper,theheattransferconditionofaFSO(FaceShutOff)pintleinjectoren—gineheadisanal

3、yzedandmodeledwithnumericalmethod．Theinstantaneoustemperaturestatesofthepropellantintheengineheadduringworkingandshut—offstatesarecomputed．Theresultsshowthattheriseamplitudeofthepropellanttemperatureissmallwhentheengineisatwork，andthepro-pellanttemperatureriseslessthan200。Cafte

4、rtheengineisshut-off．Theconclusionsaboveshowthatthepropellantintheengineheadisatasafetemperaturerange．I

5、【七Twords：pintleinjector；propellant；analysisofheattransferO引言针栓式喷注器具有结构简单、成本低、燃烧稳定性好的特点，可以对推进剂进行喷注面的断流，实现面关机；另一方面，针栓式喷注器燃烧效率较直流互击式更高，适应姿／轨控发动机高性能、轻质化、快响应的发展要求。对于N20JN：H。推进剂组合，

6、N204和N：H4的热爆炸温度分别为5650C和252℃，根据现有双组元推力室的研制经验，头身对接焊缝的热返浸温度在6000C左右。面关机针栓式喷注器发动机长程工作结束后，积存在头部腔内的推进剂无法有效泄出，会受热返浸作用而发生分解爆炸。因此，必须设计合理的头部结构，确保关机后的推收稿日期：2010一10—15；修回日期：2010—11-03作者简介：杨振宁(1978--)，男，硕士，研究领域为航空宇航推进理论与工程第36卷第6期杨振宁，等：面关机针栓式喷注器发动机头部传热分析7进剂稳定在安全的温度范围内。本文对面关机针栓式喷注器头部在工作过程和关机

7、后的传热情况进行了分析，通过数值方法分别计算了两种状态下头部零件和集液腔中推进剂温度的变化情况。1传热分析模型发动机结构见图1，喷注器采用双针阀结构，外针阀在外弹簧的作用力下在A处密封；内针阀在内弹簧的作用力下在B处密封，实现两路同时面关机。发动机采用N：04，N：I-h推进剂组合。内针阀外针阀针栓头图1面关机针栓式喷注器发动机结构简图Fig．1StructureofFSOpintleinjectorengine1．1工作过程传热分析由于针栓、内针阀和外针阀尺寸较小，结构复杂，在具体分析中，把它们当作头部的一部分，喷注器工作时的传热关系见图2。甲孕独

8、辫恕辐：⋯；⋯～⋯．厂卑射换热／对队}对薅．蠼垫．1针栓头Ico==一(，纛心根据实际结构建立热平衡方程如式(1)一(4)燃料(c，m)，号争=^fpAfp(瓦一乃)+危讪A讪(‰一rf)+巍(1)头部(cpm)。等=～A币(I一瓦)+‰+妒k+^h0All0(瓦一瓦)+妒hDh+妒llI'(2)氧化剂(c，mo等勘hoA．．o(瓦一瓦)+函。(3)针栓头(c，m)plI芝≯=^曲A曲(瓦一％)+妒出+9hPh(4)其中鼽=(c，pA，Ⅱ)，(％一t)吼=(c，pA。Ⅱ)。(咒一瓦)‘Phg=0．28h89盯(《一Z)Ain+％A；。(乙一瓦)妒。。

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