5 kN再生冷卻發動機推力室傳熱研究

孫 鑫，楊成虎

（上海空間推進研究所，上海201112）

0 引言

5 kN搖擺發動機可用于多星發射上面級動力系統，為上面級提供變軌動力。為適應系統長壽命、高可靠性的要求，其推力室使用了再生冷卻身部。身部采用再生冷卻是保護推力室免受燃氣熱流燒壞的最常用、最有效而經濟的方法[1]。

在國內，只有一些運載火箭動力系統使用的大推力發動機采用的是再生冷卻發動機。如“長征2”運載火箭的第二級主發動機YF-22，身部采用往復式再生冷卻，真空推力達719.8 kN；“長征3A/3B”運載火箭的第三級發動機YF-75，單臺推力達78.45 kN等[2]。到目前為止，國內尚沒有推力量級在5 kN左右的低室壓再生冷卻發動機。

大推力再生冷卻發動機一般采用泵壓式供應系統，推進劑流量大，有足夠多的推進劑用于冷卻推力室，很容易滿足冷卻的要求。而中小推力再生冷卻發動機，一般采用擠壓式供應系統，室壓低，推進劑流量較小，不容易組織再生冷卻。5 kN發動機采用MMH和N2O4作為推進劑，選用冷卻性能較好的MMH作為冷卻劑，全流量通過冷卻夾套，然而由于推進劑流量很小，僅靠冷卻夾套內的再生冷卻還不足以解決身部的冷卻問題，必須輔助以邊區的液膜冷卻。若冷卻方案設計不合理，冷卻劑很可能發生汽化，汽化后產生的氣泡會堵塞通道，進而引起噴注器燒蝕，大大降低發動機工作的可靠性。因此考慮如何控制冷卻劑溫升，防止其氣化，是設計此類發動機的難點之一。

1 發動機設計

5 kN發動機在設計上充分繼承了10 kN雙向搖擺再生冷卻發動機的設計思想[3]，基本方案如下：1）采用直流雙股互擊式[4]噴注器以提高燃燒效率，并在頭部布置聲腔提高燃燒穩定性；……