一種雙鐘型噴管液氧/甲烷發動機系統方案

張衛紅，石文靚，鄭孟偉

（北京航天動力研究所，北京，100076）

0 引言

液體火箭發動機的比沖隨著噴管面積比的增大而提高，以推力為700 kN的某液氧甲烷發動機為例，當面積比從30增大到90時，發動機理論真空比沖可以從362 s增大到383 s。因此，對于液體火箭發動機來說，在工藝可達范圍內，采用大面積比噴管可以直接提高發動機比沖性能。

但是，對于地面起動的芯級發動機，由于要確保發動機起動時噴管出口不出現流動分離而燒蝕噴管或噴管失穩，噴管面積比的選取受到極大限制。如某液氧甲烷發動機，在推力室室壓約10.0 MPa情況下，噴管面積比必須小于30。有限的面積比制約了發動機的高空工作性能，從而很大程度上降低了運載器有效載荷。

本文研究了一種雙鐘型噴管液氧甲烷發動機系統方案，并與采用傳統鐘型噴管的燃氣發生器循環及補燃循環發動機系統方案進行了運載能力比較，結果表明，對于地面起動的芯級發動機，采用雙鐘型噴管是提高發動機綜合比沖性能以及運載器有效載荷的有效途徑。

1 雙鐘型噴管技術簡介

雙鐘型噴管是一種高度補償噴管，可在地面及真空兩個不同高度達到最佳工作狀態。雙鐘型噴管由固定的基弧段和延伸段組成 (見圖1)。

在低空時，基弧段噴管完全膨脹，延伸段在轉折點處發生對稱可控分離，低空性能接近于小面積比傳統鐘形噴管。在高空時，延伸段完全滿流，噴管總面積比得到有效應用，性能相當于大面積比鐘形噴管?！?br>