火箭發動機水擊壓力數值模擬分析

徐 峰，劉英元，陳海峰

（西安航天動力試驗技術研究所，陜西 西安710100）

0 引言

液體火箭發動機啟動、關機過程是十分重要而復雜的瞬變過程。此過程中所有部件幾乎都是從靜止狀態（或工作狀態）迅速變為工作狀態（或靜止狀態），在很短的時間內各種參數都要發生劇烈變化。實踐證明發動機的大部分故障是發生在啟動和關機這樣的瞬變過程中。開、關機過程中的水擊是造成液體推進劑泄漏或發動機出現故障、降低發動機可靠性的原因之一。

1 推進劑供應管路流動分析

如何建立數學模型，理論模擬發動機熱試車時的工作狀態成為現今試驗技術的研究課題。對于定型的發動機試驗，發動機構造基本固定，相同型號的發動機熱試車水擊壓力的數值變化不是很大，但對于研制階段的液體火箭發動機，發動機型號變化較大、管路復雜、接口較多，水擊壓力在開關機時的沖擊很容易造成推進劑管路接口處的破裂、推進劑的泄露，從而影響發動機正常工作。目前獲得水擊壓力的常用方法有分析法(能量法)、圖解法和特征線法3種。目前發動機試驗常采用圖解法，用于判斷開關機時泵前水擊壓力的峰值與谷值，這種方法軟件處理響應時間短、圖形清晰明了，但無法綜合分析影響水擊壓力數值的全面因素。

結合現有計算機技術，經分析論證采用有限差分特征線法作為數值求解的主要方法。采用龍格庫塔法動力學方程，能夠獲得發動機關機時水擊產生的最高壓力，分析發動機系統關機水擊產生的壓力和流量瞬變特性。……