低溫推進劑管道輸送系統(tǒng)特性研究.pdf

1、本文通過理論與實驗研究相互結(jié)合的方式，探索了兩項特殊應(yīng)用的低溫流體管道輸送系統(tǒng)特性，即進行了液體火箭推進劑貯箱內(nèi)增壓氣體的選擇和增壓方式的改進問題研究，及低溫液體推進劑火箭發(fā)動機啟動前的預(yù)冷方案研究。這兩項低溫管道輸送系統(tǒng)的研究來源于我國新一代的運載火箭規(guī)劃，是低溫液體推進劑運載火箭設(shè)計中的兩個重要技術(shù)問題。全文開展了以下幾個方面研究工作： 1.二氧化碳在液氮和液氧中的溶解度計算在理想溶液的基礎(chǔ)上，采用了適用于非極性溶質(zhì)一溶劑系

2、統(tǒng)的正規(guī)溶液關(guān)系式和修正的Scatchard-Hildebrand關(guān)系式，分析并計算了二氧化碳在液氮和液氧中的溶解度。并與文獻中的實驗數(shù)據(jù)進行比較，得到了較為合理的結(jié)論和解釋。計算結(jié)果為低溫液體推進劑貯箱自生增壓系統(tǒng)的增壓氣體的選擇和配制提供了理論依據(jù)。 2.低溫流體增壓輸送系統(tǒng)的數(shù)值模擬利用計算流體動力學(xué)理論和數(shù)值計算工具，對低溫液體推進劑增壓輸送系統(tǒng)進行了數(shù)值模擬計算。根據(jù)物理試驗要求的條件，設(shè)計了模擬計算工況，得到了若干對

3、試驗裝置改進和對試驗過程具有指導(dǎo)意義的建議和結(jié)論。同時結(jié)合增壓輸送的試驗結(jié)果，進行了相同工況的數(shù)值模擬預(yù)測，并借助試驗結(jié)果驗證了數(shù)值試驗的合理性。 3.低溫推進劑增壓輸送系統(tǒng)的試驗研究參考試驗設(shè)計要求，以及數(shù)值模擬的結(jié)論，搭建并完善了低溫液體推進劑增壓輸送系統(tǒng)的模擬試驗裝置。以液氮為模擬推進劑，以含不同組份的二氧化碳和水的氮氣為模擬增壓氣體，進行了液氧煤油火箭的液氧箱自生增壓試驗研究。通過改變增壓氣體中二氧化碳和水蒸汽的含量，分

4、別模擬了液氧加熱氣化增壓輸送和富氧燃氣增壓輸送，從試驗原理上驗證了含有微量二氧化碳和水蒸汽的氮氣增壓輸送液氮方案是可行的，為增壓方式和增壓氣體的選擇提供了依據(jù)，為今后的進一步試驗研究及系統(tǒng)設(shè)計提供了參考。 4.循環(huán)預(yù)冷的試驗研究利用相似原理，搭建了能用于低溫液體推進劑火箭發(fā)動機循環(huán)預(yù)冷試驗研究的試驗裝置，進行了一系列循環(huán)預(yù)冷實驗研究。證明了在低溫液體火箭發(fā)動機預(yù)冷系統(tǒng)中采用自然循環(huán)預(yù)冷法替代傳統(tǒng)的排放預(yù)冷法是可行的。提出了采用氣