折角噴管肼分解發(fā)動機性能研究.pdf

1、折角噴管肼分解發(fā)動機在空間推進系統(tǒng)正得到越來越多的應(yīng)用。折角噴管對發(fā)動機比沖、側(cè)向推力等性能等的影響，一直是折角噴管發(fā)動機應(yīng)用過程中受到關(guān)注的問題之一。為此，本文對150N折角噴管肼分解發(fā)動機性能進行了研究，并完成了高空模擬熱試車和相應(yīng)的計算分析。 文中通過對肼分解發(fā)動機工作過程的分析，重點研究了室壓/氨解離度對分解室性能的影響及噴管中幾何效應(yīng)的影響。介紹了折角發(fā)動機高空模擬熱試車的試驗設(shè)備和試驗方法；對不同噴管折角角度發(fā)動機性能

2、測試的結(jié)果進行了分析和比較；在試驗研究的分解室壓強范圍內(nèi)，進行了室壓/氨解離度對分解室性能的影響分析；采用CFD軟件FLUENT6.2進行了噴管中的流動計算，經(jīng)比較，計算結(jié)果與試驗結(jié)果基本相符。 對80°和20°兩種折角噴管的150N發(fā)動機的高空模擬熱試車結(jié)果表明：在產(chǎn)生相同推力的條件下，80°折角噴管發(fā)動機的室壓大于20°折角噴管發(fā)動機，而流量和閥前壓力卻小于20°折角噴管發(fā)動機，因而其特征速度、真空比沖性能也均高于20°折角

3、噴管發(fā)動機。 室壓和氨解離度對分解室性能影響的計算結(jié)果表明，隨著分解室室壓的增加，氨解離度和比熱比呈下降趨勢，而氣體溫度、平均分子量、推力系數(shù)、特征速度、比沖均呈上升趨勢。根據(jù)對于本文所研究的150N折角噴管發(fā)動機算例的計算，當分解室室壓由80°折角噴管的0.72MPa增大至20°折角噴管的0.77MPa時，氨的解離度下降1.44％，特征速度增加約0.08％，比熱比減小0.13％，比沖和推力系數(shù)分別增大0.27％和0.36％。

4、 對20°和80°折角噴管的計算與分析結(jié)果表明：隨著噴管折角角度的增大，拉伐爾噴管的等效喉截面減小，噴管的有效面積擴張比增大，當流量保持不變的情況下，一方面，噴管中流阻就會增大，分解室室壓也被抬高，使得氨解離度降低，比沖也隨之有所增加；另一方面，噴管的等效膨脹比增大，氣流膨脹得更充分，噴管出口壓力更小，出口速度增加，推力增大，發(fā)動機的比沖也增大。此外，折角噴管會產(chǎn)生側(cè)向推力，折角角度越大，側(cè)向推力也大。 根據(jù)對于本文所研究

5、的折角噴管發(fā)動機例的計算，隨著噴管折角角度由20°增加到80°，其比沖增加2.04％，產(chǎn)生同樣推力所需要的流量減小，發(fā)動機總流阻也隨之減小，電磁閥入口壓強隨之降低4.39％。計算得到的20°和80°折角噴管側(cè)向推力分別為0.28％和0.55％。 本文關(guān)于折角噴管對單組元發(fā)動機性能——推力、比沖、側(cè)向推力影響的研究結(jié)果，已應(yīng)用于相關(guān)工程型號中。 本文的研究方法可應(yīng)用于同類折角噴管發(fā)動機，以解決折角噴管單組元肼發(fā)動機的性能評