當(dāng)前對液氧甲烷膨脹循環(huán)變推力火箭發(fā)動機(jī)的研制難點和關(guān)鍵技術(shù)認(rèn)識不夠清楚,尤其是在大變比推力調(diào)節(jié)方案方面。基于整個發(fā)動機(jī)系統(tǒng),采用理論計算方法,探討甲烷膨脹做功能力以及變推力調(diào)節(jié)方案可行性。分別給出了單渦輪系統(tǒng)方案和雙渦輪系統(tǒng)方案,首次給出了不同工況下詳細(xì)的系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)分布,進(jìn)行了對比分析,并探討了甲烷做功能力隨室壓的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,甲烷做功能力隨著室壓的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,單渦輪和雙渦輪系統(tǒng)方案均能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍推力調(diào)節(jié);相比單渦輪方案,雙渦輪方案能夠更好地保證混合比,且甲烷氣體做功能力利用效率更高,氧渦輪和燃料渦輪功率變化范圍較窄,渦輪所處環(huán)境較為緩和,因此雙渦輪系統(tǒng)方案具備一定優(yōu)勢。

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圖1液氧甲烷膨脹循環(huán)單渦輪變推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

液氧甲烷膨脹循環(huán)單渦輪變推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖1所示。整個系統(tǒng)組成主要包括:氧泵和甲烷泵,用于給推進(jìn)劑增壓;渦輪,帶動泵轉(zhuǎn)動;分流閥,調(diào)節(jié)驅(qū)動渦輪的甲烷流量;主閥,用于控制推進(jìn)劑流動;推力室,組織推進(jìn)劑高效燃燒,產(chǎn)生推力。甲烷經(jīng)過甲烷泵增壓后,流過主閥進(jìn)入推力室再生冷卻通道,吸熱后變成....

圖2液氧甲烷膨脹循環(huán)雙渦輪變推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

液氧甲烷膨脹循環(huán)雙渦輪變推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖2所示。與單渦輪方案相比,雙渦輪方案增加了一個渦輪和一個分流閥。其工作原理與單渦輪方案基本一致。2計算模型與輸入條件

圖3單渦輪方案室壓6MPa計算結(jié)果

圖3給出了單渦輪調(diào)節(jié)方案的最大工況。由該圖可以得到推進(jìn)劑經(jīng)過主要部件后的狀態(tài)參數(shù),主要包括推進(jìn)劑的流量、壓力和溫度,以及做功元件的功率及效率。由該圖可以看出,推進(jìn)劑溫度主要在經(jīng)過冷卻通道、渦輪和燃燒室后發(fā)生變化。結(jié)果表明,驅(qū)動渦輪的甲烷流量占比為97.35%,并未達(dá)到最大,這說明....

圖4單渦輪方案室壓3MPa計算結(jié)果

圖4給出了單渦輪調(diào)節(jié)方案中室壓為3MPa的工況,即最大工況的一半推力。由該圖可以看出,由于室壓減為一半,冷卻通道損失迅速減小,僅僅為最大工況損失的30%左右,泵后壓力也減小,最終整個系統(tǒng)所需功率大大減小。從圖4中可以看出,盡管室壓減小,推力室傳給冷卻通道甲烷的熱量有所減少,但冷....

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