le／7hl液氧／甲烷發(fā)動機(jī)研究

1、L E I 7 H L 液氧 ／ 甲烷 發(fā)動機(jī) 研 究 作 者 ： 芹 本健 治 摘 要 ： 本文討 論 7把 H一 Ⅱ運(yùn) 載火 箭一 組的 LE 一 7 液 氧／ 液氫發(fā)動 機(jī)的推進(jìn) 荊改 為液 氧／ 烴 的 問題 。 文 章從 滿足 工 作 條 件 和 可 靠 性 要 求 出發(fā) ， 甘 LE一 7 只 作 一 些 改 動 ，即 可 用 甲 烷 代 替 液 氫 作燃 料 ，從 而 大 幅度 降 低 成 本 。主 題 詞 ： 液 體

2、火箭 推 進(jìn) 劑 ， 烴婁 燃 料 ，LE一 7 發(fā)動 機(jī) ，H一Ⅱ運(yùn) 載 火箭 1 ．前 言 正在研 制 的H— I火箭 這項工作 一完成 ， 日本就 有 了 自己的運(yùn)載器 ，并在用 于 HOP E 任 務(wù)之后 ，使得 成為通 向空 間站 的更上一層 樓 的可能 條件 。下一個 目標(biāo)是 載人飛行 ，為 此 ，無 論怎么說必需提高運(yùn)載能力。不言而喻，以I H — I 火箭作為基礎(chǔ)的發(fā)展道路是個 良 策，尤其 要 考慮 到降低 成本這個

3、 太課題 。把 在 H—I 火箭 芯級 上 捆綁有助 推器 的一級 稱 為增 強(qiáng)推 力的低軌 道專用 火 箭 ，把 二級 稱 為發(fā)展 了的軌 道轉(zhuǎn)移飛行 器 ( OT V ) 或者 軌道機(jī)動 飛行器 ( OMV) ， 這是 很 自然 的。將 來還可把 低軌道 專用火箭 用為 回收 助推級 ，以求 成本降至最 低，不 過結(jié)構(gòu) 、制導(dǎo)等 其 他技術(shù) 的研制項 目也很多 ，目前 還是一 次性使用 的助 推級 成本較低 。本文所 以用一 次性使

4、用 的助推 級就是 與當(dāng)前有 關(guān) ( 雖說也 可能使 用l 0 年 以上) ， 此 問題有必要 放在首要 位置考 慮。如 何確定助 推級呢 ?這要 由所 需的發(fā) 射能力， 發(fā)射場 限制條 件 ( 安全距 離) 等來 定。本 文對把 液氧／ 烴助推級 發(fā)動機(jī) 作為侯選方 案之 一進(jìn)行一 些探討。2 ．發(fā)動機(jī) 結(jié)構(gòu)型 式的選定 雖說用一句話 說成是掖 氧／ 烴發(fā)動 機(jī)，但 如 何選定燃 燒劑 ( 甲烷、丙 烷、煤 油) ，推力需 要 確定多

5、 大等 同題，均 需 準(zhǔn)備幾個方 案供 選月 J 。另外 ，液氧／ 烴 作為候補(bǔ)方案 選 上的理 由是 ：首 先 ，解決縮短 安全距離 必須把用 現(xiàn)有發(fā)射 場 f 達(dá) 到皺 高發(fā) 射能力放 在首要 位置 ，因而有必 要 考慮 除了用掖 氫冷卻燃 燒生 以外 的辦法 ，、N 一 Ⅱ、H—I 火 箭第 一級 發(fā) 動機(jī)就 是 使 用煤 油的 MB 一 3 發(fā)動機(jī) 這種 發(fā)動 機(jī)推 力8 8 噸 、 比推力 低 于2 8 9 秒，而 在這次考

6、 慮的助 推 級方 案 中選用 它理 由不夠 充分 當(dāng) 用煤 油 作為燃 燒 冷卻剖 n 1 訂所 謂 “ 堵塞 問題 ，同時不能適 應(yīng) 高熱 負(fù)荷 的要求。另外 ，還有燃 燒穩(wěn) 定性 不 好的 問題，作為有關(guān) 系列 的發(fā)動機(jī)進(jìn) 行開 發(fā)我 們 認(rèn)為是不 合適 的?！g 自 日本 航空 宇宙 學(xué)舍 志 第3 7 卷 第4 2 7 號 一 2 6 — 維普資訊 http://www.cqvip.com 系統(tǒng)中采用甲烷作為主噴注器陋板液膜

7、冷卻劑，若認(rèn)為 象 L E 一 7 發(fā)動機(jī)燃燒室冷卻后的蝎 鞠 鼬， 神 詈 莒羹從 泵混合 比 圈 2預(yù) 燃 室工 作點(diǎn)附近 的燃 燒值 月B：雷諾 數(shù) Pr ： 普朗特數(shù) ： 液側(cè) 壁 溫度 此 系 統(tǒng) 圖示 于 圖 3．下面對每個 主要部 件進(jìn)行討 論。8 ． 1 主 燃 燒 宣 使用 甲烷既不 用擔(dān)心 堵塞 ， 又因燃 氣 不 存在 向銅 浸蝕 ，所 以只要 研究冷 卻特性就 可 以了 ?；旧峡?慮研 制 費(fèi)用 的減 少，冷

8、 卻槽 的 寬 度 和數(shù)量仍 按 L E- 7發(fā)動機(jī) 的原樣 ，僅對 改 變冷 卻槽 的深度 以保持 冷卻特性方 面 進(jìn)行 了研究。用 分析法求 解冷卻 液側(cè)壁熱 傳導(dǎo)公 式 為 ：Ⅳ ¨ ： 0 ． 0 2 3 RP rt f 誓r? 哮 ±：： ：!! ： ： ： ：二2． s p r - I ／ 8 弦 ( P r一V¨ ；努塞 爾 數(shù) 一 2 8 一 目 3LE- 7 發(fā) 動 機(jī) LOX／ L