补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究.pdf

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1、第40卷第1期火箭推进V01．40．No．12014年2月JOURNALOFROCKETPROPULSIONFeb．2014补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究陈宏玉，刘红军(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：以补燃循环液氧煤油发动机为研究对象，对其推力调节特性进行了研究。建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型，提出了求解供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法，应用该模型对31、燃循环液氧煤油发动机的推力调节特性进行了仿真计算，并将计算结果与试验数据进行了对比分析，验证了模型和算法的合理性。研究结果表明：对于所研究的补燃循环发

2、动机系统而言，通过调节发生器中较少组元的流量，改变涡轮泵的功率，可很好地实现调节推力的目的，且该推力调节系统具有良好的动态调节品质和很强的抗干扰性。关键词：液体火箭发动机；补燃循环；推力调节；数值仿真；Chebyshev伪谱方法中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2014101—0018—07ModelingandsimulationsonthethrustregulationprocessofstagedcombustioncyclerocketengineCHENHong-yu，LIUHong-jun(Xi’anAerospaceP

3、ropulsionInstitute，Xi’an710100，China)Abstrm：ThethrustregulatingcharacteristicsofthestagedcombustioncycleLOX／keroseneenginewereinvestigated．Themathematicalmodeloftransientprocessoftheenginewasdevelopedbasedonmodularmodelingmeans．Thenonlinearhyperbolicpartialdifferentialequations．governing

4、theunsteadyflowofpipelinesweresolvedbytheChebyshevpseudo-spectralmethod．ThethrustregulationprocessofthestagedcombustionLOX／keroseneRocketEnginewassimulatedusingthemodelsandthenewnumericaltechnique．Resultsfromthenumericalsimulationagreewellwiththeground-testdata，demonstratingthatthemethod

5、scanaccuratelypredictthetransientbehavioroftheengine．Theresultsshowthatregulatingthelessflowratepropellantoftheprebumerforstagedcombustioncycleenginecanrealizethrustregulation．Thethrustregulationsystemhasexcellentdynamicregulationqualityandstronganti—interferenceability．Kcywords：liquidpr

6、opellantrocketengine；stagedcombustioncycle；thrustregulations；numeri-calsimulation；Chebyshevpseudo—spectralmethod收稿日期：2013—08—13；修回日期：2013—08—29基金项目：国家863项目(2012AA702302)作者简介：陈宏玉(1982一)，男，博士研究生，研究领域为液体火箭发动机系统仿真第40卷第1期陈宏玉，等：补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究190引言液体火箭发动机的推力调节不仅是运载火箭优化飞行轨道、降低飞行过载和起动载荷、提高有

7、效载荷入轨精度的有效手段，同时也是增加发动机适应性的主要措施旧1。因此，推力调节是液体火箭发动机发展的重要方向之一。早在20世纪初，RHGoddard就提出了火箭发动机推力控制与调节的必要性问题。经过近一个世纪的努力，不仅从理论上对推力调节进行了深入的研究，还研制成功了多种著名的推力可调的液体火箭发动机，如美国Pratt&Whitney公司成功研制的航天飞机主发动机SSMEl孔，推力调节范围为65％一109％额定工况；前苏联研制的液氧煤油补燃循环液体火箭发动机NK一33的推力调节范围为23％一115％额定工况㈣；由美国和俄罗斯联合研制的液