【摘要】：衛(wèi)星火箭工作過程中推進(jìn)系統(tǒng)是最為重要的部分,在衛(wèi)星的姿態(tài)、在軌運(yùn)行狀態(tài)下起重要作用。當(dāng)前空間推進(jìn)劑主要采用肼類推進(jìn)劑及其衍生物,如甲基肼(MMH)、無水肼、偏二甲肼(UDMH)、DT3等。肼類推進(jìn)劑具有較高的性能比沖,技術(shù)完善,現(xiàn)已經(jīng)在單組元或雙組元航天推進(jìn)系統(tǒng)中廣泛使用。然而由于肼類推進(jìn)劑含劇毒性,在工作過程中危險系數(shù)較高,對環(huán)境污染程度大,故近年來國內(nèi)外將目光集中于新型綠色空間推進(jìn)劑。其中美國Firestar Technologies提出了一種采用N20與碳?xì)淙剂匣旌隙傻耐七M(jìn)劑NOFBX,NOFBX推進(jìn)劑具有燃料供應(yīng)系統(tǒng)架構(gòu)簡單、比沖性能高、可采用電火花點(diǎn)火、深度可節(jié)流調(diào)節(jié)性、沒有有毒成分和廢氣、保存溫度范圍廣、成本相對較低等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已經(jīng)吸引了許多國內(nèi)外學(xué)者的目光。在NOFBX推力器工作過程中包含各種復(fù)雜的物理及化學(xué)過程。為了研究NOFBX推進(jìn)劑在再生冷卻推力器內(nèi)的工作過程,對推力器的設(shè)計及優(yōu)化提供理論支持,本文采用計算機(jī)CFD數(shù)值模擬的方法對推力器的詳細(xì)工作過程進(jìn)行數(shù)值模擬,研究其燃燒特性與傳熱特性,主要包括以下內(nèi)容:首先基于NOFBX推力器工作過程中推進(jìn)劑在推力器內(nèi)的流動、傳熱、霧化、蒸發(fā)、燃燒、輻射等各種復(fù)雜的物理和化學(xué)過程,以及上述各個過程之間的耦合相互作用關(guān)系,建立推力器內(nèi)的流動模型、組分輸運(yùn)模型、離散液滴蒸發(fā)模型和傳熱模型。并簡化得到26組分44步基元反應(yīng)的簡化反應(yīng)動力學(xué)模型。其次基于所建立的模型對NOFBX推力器的開機(jī)過程、穩(wěn)定工作過程,以及關(guān)機(jī)過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析,獲得NOFBX推力器在各個工作過程中的溫度、壓力、組分的分布情況,直觀研究推力器工作過程,分析得出推力器內(nèi)推進(jìn)劑燃燒規(guī)律。再其次針對不同工況下推力器內(nèi)的燃燒情況進(jìn)行研究。對不同質(zhì)量流量、燃燒室長度、氧化劑與燃料配比三個參數(shù)分別計算,得出各個參數(shù)對推力器燃燒過程的影響。通過對不同參數(shù)進(jìn)行CFD仿真計算研究,分析不同參數(shù)對燃燒特性的影響,并對NOFBX推力器進(jìn)行部分參數(shù)優(yōu)化計算。本文最后基于燃燒室內(nèi)的推進(jìn)劑燃燒過程,對NOFBX推力器再生冷卻流道內(nèi)的傳熱過程進(jìn)行模擬計算,研究流道壁面散熱效果。獲得入口推進(jìn)劑溫度分別為243K和273K情況下壁面的散熱狀態(tài)以及推進(jìn)劑在管道內(nèi)的蒸發(fā)相變情況,分析推力器內(nèi)的傳熱特性,對推力器設(shè)計提供理論參考。
【圖文】：

國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)龔亮等人［２３］對小推力（ＩＯＮ）的Ｎ２０單組元推力器進(jìn)行系逡逑統(tǒng)方案的設(shè)計，同時通過數(shù)值模擬方式對Ｎ２０貯箱自增壓特性和Ｎ２０單組元推力逡逑器的流場進(jìn)行了研究。仿真結(jié)果如圖１－２所示。翟小飛，周進(jìn)，賴林等人對液態(tài)氧逡逑化亞氮的供應(yīng)系統(tǒng)和Ｎ２0／Ｃ７Ｈ８混合燃?xì)鈫螄娮爝M(jìn)行了設(shè)計。同時對液態(tài)氧化亞氮逡逑得供應(yīng)系統(tǒng)和Ｎ２０／Ｃ７Ｈ８在推力器內(nèi)的點(diǎn)火及燃燒特性進(jìn)行了數(shù)值模擬分析［２４］。逡逑推力測試臺架設(shè)計是準(zhǔn)確測量火箭發(fā)動機(jī)推力的關(guān)鍵問題之一，但現(xiàn)有的測逡逑試臺架能夠很好兼顧長、短脈沖測試的較少。巴西國家太空曙Ｒｉｃａｒｄｏ邋Ａｍａｒａｌ逡逑Ｃｏｎｔａｉｆｅｒ等人進(jìn)行了一種混合推進(jìn)器試驗(yàn)臺的開發(fā)，主要的系統(tǒng)包括推進(jìn)劑儲存，逡逑壓力、管道、流量控制、數(shù)據(jù)采集和診斷等，采用Ｎ２０與烴類作為燃料進(jìn)行了測逡逑試，給出了初步的試驗(yàn)結(jié)果［２５］。國內(nèi)國防科技大學(xué)的董洪強(qiáng)，袁杰紅［２６］設(shè)計了一逡逑種采用傳感器陶瓷厚膜技術(shù)的１００Ｎ小推力液體火箭發(fā)動機(jī)動態(tài)推力測試臺架，并逡逑且進(jìn)行了熱試車試驗(yàn)。臺架示意圖如圖１－３所示。逡逑８逡逑

但對Ｎ２０的研究卻從未終止［２７ｐ８］。隨著科學(xué)家對Ｎ２０理化性質(zhì)、安全性及其與燃逡逑料復(fù)合技術(shù)可行性等不斷深入研究，到２１世紀(jì)初，美國和德國開始對氧化亞氮一逡逑烴類單元復(fù)合推進(jìn)及相關(guān)技術(shù)開展研究，并取得了可喜的進(jìn)展。如圖１－４為ＮＯＦＢＸ逡逑推進(jìn)劑發(fā)展歷程。逡逑９逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V430

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2600050