氫氧火箭發動機高模試驗富氧蒸汽引射仿真

張小通,李 茂,2,張家仙,2,劉瑞敏,2

(1.北京航天試驗技術研究所, 北京 100074;2.北京市航天試驗技術與裝備工程技術研究中心,北京 100074)

0 引言

上面級是提高火箭性能和任務適應能力的有效途徑,其工作段通常已經進入地球軌道[1],因此上面級氫氧火箭發動機研制過程中,需在地面進行高空模擬試驗,確定發動機的高空性能、可靠性及工作壽命等[2]。通常采用引射增壓系統模擬高空壓力環境以及防止試驗結束時管道排氣回流進試驗艙中[3]。其中,蒸汽引射系統可滿足低燃燒室壓力的上面級氫氧火箭發動機高空模擬試驗需求,避免自身引射啟動失敗,該系統包含真空試驗艙、擴壓器、蒸汽引射器等[4]。

隨著環保要求提高,一般會對火箭發動機的尾氣排放進行噴水降噪處理[5-7]。在蒸汽引射高空模擬試驗臺進行發動機試驗時,發動機排出的富燃燃氣先由冷凝器冷卻后進入引射器或先引射與蒸汽混合后排入噴水降噪裝置中[8-9],經冷卻后氣流中的水蒸氣液化,可燃氣體濃度上升,與倒吸入設備中的外界空氣混合可能發生爆炸,破壞試驗設備,影響人員生命安全[10-11]。為解決殘余可燃氣體造成的危害,國外試驗臺采用惰性氣體吹除、補氧燃燒等方式進行處理[12-14]。美國有研究提出采用富氧蒸汽直接引射方案處理高模試驗發動機燃氣中殘余可燃氣[15-16],該方法比補氧燃燒系統簡單,而且可以有效防止關機階段惰性氣體吹除不及時導致外界空氣倒流造成的風險,但國內外相關研究較少。……