為了防止富氧補燃循環(huán)發(fā)動機在完全自身起動過程中出現(xiàn)燒蝕情況,需要研究降低發(fā)生器富氧燃氣溫度峰值的方法。利用成熟的發(fā)動機組件數(shù)學模型,建立了發(fā)動機完全自身起動過程動態(tài)仿真模型,并通過試驗數(shù)據(jù)驗證了仿真模型的合理性。基于計算結(jié)果,分析了起動過程中發(fā)生器富氧燃氣溫度的變化過程,進一步分析了產(chǎn)生3個溫度極大值的原因。通過仿真研究,分析了不同起動參數(shù)對富氧燃氣溫度峰值的影響。結(jié)果表明:提高發(fā)生器氧化劑流量和減緩發(fā)生器燃料流量增速可以降低富氧燃氣溫度峰值,具體措施有提高氧化劑貯箱壓力、減小供應管路長度、提高副路轉(zhuǎn)級閥的作動壓力和減小其轉(zhuǎn)級速率。 

【文章來源】：火箭推進. 2020,46(03)

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

完全自身起動方案系統(tǒng)簡圖

利用上述組件模型建立了發(fā)動機起動過程系統(tǒng)級仿真模型,并將渦輪泵轉(zhuǎn)速和燃燒室燃氣頭腔壓力的起動計算值與試驗值進行對比。如圖2所示,計算值與試驗值變化趨勢一致,在燃燒室建壓前,轉(zhuǎn)速的計算值與試驗值吻合良好,燃燒室建壓后,壓力的上升過程基本一致。主要差別在于計算時,燃燒室點火壓力峰值偏高,導致渦輪泵轉(zhuǎn)速爬升滯后。分析主要原因為,使用上述熱力組件模型對大流量點火過程進行計算時,與實際點火過程存在差異。除此之外,該起動計算模型能夠合理地反映出發(fā)動機的完全自身起動過程。發(fā)動機起動過程主要分為3個階段,分別是轉(zhuǎn)速緩慢爬升階段、工況迅速爬升階段以及燃燒室壓力上升階段。發(fā)生器點火后,發(fā)生器流量和壓力經(jīng)歷于起動不利的衰減振蕩過程,在這個過程中渦輪泵轉(zhuǎn)速緩慢爬升。當泵后壓力高于發(fā)生器壓力后,發(fā)生器壓力、流量和渦輪泵轉(zhuǎn)速形成正反饋,發(fā)動機工況迅速爬升。燃燒室建壓后,渦輪壓比減小,渦輪泵剩余功率減小,發(fā)動機逐步進入穩(wěn)態(tài)工況。

起動計算中富氧燃氣溫度和發(fā)生器燃料流量如圖3所示。對于富氧燃氣發(fā)生器,氧化劑先于燃料進入,因此在發(fā)生器點火工作前,發(fā)生器中已經(jīng)積存了部分液相氧化劑,導致發(fā)生器在點火時沒有出現(xiàn)較明顯的溫度峰。隨后發(fā)生器壓力開始上升,導致進入發(fā)生器的推進劑流量急劇減小,燃料流量甚至出現(xiàn)了瞬時斷流。隨著發(fā)生器里富氧燃氣的排出,壓力隨之降低,此時噴嘴壓降增大,進入發(fā)生器的推進劑流量增加,使得室壓再次升高。如此發(fā)生器的流量和壓力在衰減振蕩,發(fā)生器處于波動燃燒狀態(tài),在這個過程中富氧燃氣一直對渦輪做功,但富氧燃氣溫度沒有明顯上升。當渦輪泵轉(zhuǎn)速增加到一定程度后,氧化劑和燃料泵后壓力均高于發(fā)生器壓力,此時發(fā)生器壓力、流量和渦輪泵轉(zhuǎn)速形成正反饋,轉(zhuǎn)速迅速爬升,進入發(fā)生器的燃料流量開始快速增加,富氧燃氣的溫度也隨之迅速上升。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3567260