本文關(guān)鍵詞：液體火箭發(fā)動機推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為適應(yīng)日益密集的航天任務(wù)對液體火箭發(fā)動機設(shè)計工作短周期、低成本的要求，方便設(shè)計人員，提高設(shè)計效率，課題組開發(fā)了“液體火箭發(fā)動機推力室一體化設(shè)計”平臺。該平臺集成了用Visual C++開發(fā)的基于MFC的多個模塊程序，，可引導設(shè)計人員一步步完成所需要的推力室的設(shè)計。 推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計是該平臺下的一個組成模塊，基于推力室構(gòu)型設(shè)計模塊計算得出的推力室基本尺寸和燃氣參數(shù)等設(shè)計結(jié)果，選擇適宜的冷卻方法和壁結(jié)構(gòu)形式并進行詳細設(shè)計，通過分析校核后確定能滿足工作狀況下的傳熱和強度要求則設(shè)計成功。對成功設(shè)計的案例能夠通過Pro/E軟件輸出推力室的三維模型。 論文中所使用的設(shè)計理論和方法主要來源于相關(guān)教材和文獻資料。本文首先對其進行了歸納，整理出簡潔有效適用的公式和數(shù)據(jù)，然后參照世界上主流發(fā)動機推力室結(jié)構(gòu)和冷卻設(shè)計的實踐，把這些理論模型以編程的方式實現(xiàn)，完成該模塊的功能。在冷卻設(shè)計方面，根據(jù)不同類型發(fā)動機推力室的性能和要求，可選擇應(yīng)用再生冷卻、膜冷卻、燒蝕冷卻、輻射冷卻等方式中的一種。再生冷卻涉及參數(shù)和約束條件較多，并可與其他方法組合使用，是冷卻設(shè)計的重點部分。再生冷卻通道結(jié)構(gòu)可分為銑槽式結(jié)構(gòu)、波紋板式結(jié)構(gòu)和管束式結(jié)構(gòu)，對于每一種結(jié)構(gòu)都可進行詳細的尺寸設(shè)計并選擇材料的種類。設(shè)計輸入?yún)?shù)確定后程序會對整個推力室進行傳熱和強度計算并顯示計算結(jié)果。 本文重現(xiàn)了三種國內(nèi)外典型的發(fā)動機推力室的構(gòu)型設(shè)計，它們是航天飛機主發(fā)動機推力室、長征二號丙火箭一級發(fā)動機推力室和R-4D小推力空間發(fā)動機推力室。推力室構(gòu)型設(shè)計結(jié)果與原始設(shè)計方案差別較小，結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計的結(jié)果能滿足發(fā)動機工作要求，其驗證了該平臺的實用性和有效性。 本文還利用設(shè)計平臺研究了冷卻液流量、通道形式、室壁材料、燃燒室壓力等因素對推力室設(shè)計的影響。通過小型推力室的設(shè)計過程發(fā)現(xiàn)，提高室壓的同時比沖能夠提高，但傳熱情況更加惡劣，在液膜結(jié)合輻射冷卻的情況下壁溫會逐漸升高。存在室壓設(shè)計的極限值，當超過該極限值后，室壁溫度會超過現(xiàn)有材料允許的工作范圍。
【關(guān)鍵詞】：液體火箭發(fā)動機 推力室 結(jié)構(gòu)設(shè)計 冷卻設(shè)計
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：V434.24
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 計算機輔助平臺在火箭發(fā)動機設(shè)計中的應(yīng)用和發(fā)展11-13
• 1.3 液體火箭發(fā)動機推力室一體化設(shè)計平臺13-15
• 1.4 本文研究內(nèi)容15-17
• 第2章 推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計的理論模型和方法17-42
• 2.1 液體火箭發(fā)動機推力室17-20
• 2.2 推力室冷卻設(shè)計理論與方法20-35
• 2.2.1 常用的冷卻方式20-21
• 2.2.2 再生冷卻設(shè)計模型與方法21-27
• 2.2.3 排放冷卻設(shè)計模型與方法27
• 2.2.4 膜冷卻設(shè)計模型與方法27-32
• 2.2.5 燒蝕冷卻設(shè)計模型與方法32-34
• 2.2.6 輻射冷卻設(shè)計模型與方法34-35
• 2.3 推力室結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法35-42
• 2.3.1 室壁結(jié)構(gòu)形式35-38
• 2.3.2 冷卻通道中的壓降38-39
• 2.3.3 室壁強度分析39-42
• 第3章 推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計平臺42-52
• 3.1 平臺主界面和設(shè)計流程42-43
• 3.2 再生冷卻設(shè)計界面43-48
• 3.2.1 冷卻方案細化43-45
• 3.2.2 關(guān)鍵截面結(jié)構(gòu)設(shè)計與試算45-48
• 3.2.3 設(shè)計結(jié)果分析48
• 3.3 其它冷卻方式設(shè)計界面48-52
• 3.3.1 膜冷卻48-50
• 3.3.2 燒蝕冷卻50-51
• 3.3.3 輻射冷卻51-52
• 第4章 平臺設(shè)計實例分析52-75
• 4.1 美國航天飛機主發(fā)動機推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計52-59
• 4.1.1 推力室概況與構(gòu)型設(shè)計52-54
• 4.1.2 結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計方案54-57
• 4.1.3 設(shè)計結(jié)果分析57-59
• 4.2 中國 CZ-2C 火箭一級發(fā)動機推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計59-65
• 4.2.1 推力室概況與構(gòu)型設(shè)計59-61
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計方案61-64
• 4.2.3 設(shè)計結(jié)果分析64-65
• 4.3 小推力發(fā)動機 R-4D 推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計65-70
• 4.3.1 推力室概況與構(gòu)型設(shè)計65-67
• 4.3.2 結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計方案67-69
• 4.3.3 設(shè)計結(jié)果分析69-70
• 4.4 不同室壓的小推力發(fā)動機的設(shè)計比較70-75
• 4.4.1 推力室構(gòu)型設(shè)計比較70-72
• 4.4.2 推力室冷卻設(shè)計比較72-75
• 第5章 結(jié)論75-77
• 5.1 本文工作總結(jié)75-76
• 5.2 后續(xù)工作展望76-77
• 參考文獻77-79
• 致謝79-81
• 附錄 A CEA 軟件應(yīng)用介紹81-82
• 附錄 B 常用雙組元推進劑物性參數(shù)表82-83
• 附錄 C 推力室壁常用材料物性參數(shù)表83-84
• 個人簡歷、在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果84

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：液體火箭發(fā)動機推力室結(jié)構(gòu)與冷卻設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：326626