氣氧/氣甲烷火炬點(diǎn)火器設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

王煜錕，王 玫，張 鋒，馮建暢

(西安航天動(dòng)力研究所，陜西 西安 710100)

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隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，可重復(fù)使用運(yùn)載器逐漸成為未來航天運(yùn)載器的重要發(fā)展方向。液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)以低成本、高性能、易使用、無毒、無污染的優(yōu)勢，成為可重復(fù)使用運(yùn)載器的首選推進(jìn)系統(tǒng)，因此受到各航天大國的競相關(guān)注。

液氧/甲烷屬于非自燃的雙組元低溫推進(jìn)劑組合，要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的點(diǎn)火啟動(dòng)，就必須設(shè)置點(diǎn)火裝置。目前液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)常用的點(diǎn)火裝置主要為固體火藥點(diǎn)火器、化學(xué)點(diǎn)火器以及火炬式點(diǎn)火器。其中，火炬式點(diǎn)火器具有點(diǎn)火能量大、可重復(fù)使用、工作時(shí)間便于調(diào)節(jié)和使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，是可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)理想的點(diǎn)火方式。火炬式點(diǎn)火器一般由推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、燃燒室、火花塞點(diǎn)火系統(tǒng)以及噴管(或燃?xì)鈱?dǎo)管)等部件組成。

國內(nèi)外學(xué)者針對火炬式點(diǎn)火器的工作狀態(tài)均做出了一定的研究。NASA格林研究中心設(shè)計(jì)了一種由頭部、艙室和燃料冷卻套筒組成的液氧/甲烷火炬式點(diǎn)火器，并在此點(diǎn)火器模型上進(jìn)行了750多次試驗(yàn)。試驗(yàn)對混合比、器件溫度、火花塞能量、燃料純度、點(diǎn)火器幾何構(gòu)型等因素對點(diǎn)火器燃燒溫度及工作狀況影響做了分析，結(jié)果表明，混合比越大，燃?xì)鉁囟仍礁撸磺一鸹ㄈ芰康陀?00 MJ時(shí)，點(diǎn)火失敗。Aerojet公司開展了液氧/甲烷點(diǎn)火技術(shù)研究，掌握了不同工作條件下點(diǎn)火器燃燒室溫度特征、穩(wěn)態(tài)工作特性、殼體冷卻及熱交換導(dǎo)致的混合比變化特征、點(diǎn)火器的脈沖工作性能等，初步確定了點(diǎn)火器的點(diǎn)火邊界特性。……