基于準一維模型的低溫流體預冷充填管路仿真分析

任孝文,周晨初,陳宏玉,李 平,劉亞洲

(1.西安航天動力研究所 液體火箭發動機技術國家重點實驗室,陜西 西安 710100;2.航天推進技術研究院,陜西 西安 710100)

0 引言

在液氧/煤油發動機、液氧/液氫發動機以及液氧/甲烷發動機[1-4]等新一代運載火箭主動力中,均存在低溫推進劑預冷充填的復雜相變過程。例如,在發射前的地面加注階段需要對主/副閥前管路進行預冷,在起動階段則需要對閥后管路及噴注器進行預冷充填。在這些過程中,低溫推進劑吸收管壁的熱量產生蒸汽,當蒸汽排出的速率小于蒸汽產生的速率時,蒸汽受到壓縮會在管內產生瞬時的壓力升高,同時液體與蒸汽的相互作用會在管路內形成一定的壓力波動;隨著管壁溫度的逐漸降低,管內蒸發量減小,流動由氣液兩相流動逐漸轉化為純液相流動。

對于使用低溫推進劑的上面級高空發動機而言,貯箱隔離閥至主閥前管路無法如一級/助推級發動機在地面進行預冷,需要在高空開展這一過程,較為準確地預測預冷時間以及推進劑消耗量,能夠顯著提高推進劑的利用率,最大限度提升有效載荷。同時掌握低溫推進劑對閥后管路及容腔的預冷充填瞬態特性[5],能夠為燃燒組件點火時序的制定提供重要參考。

目前國內外現有的管路預冷模型大多忽略充填的動態過程而將關注點集中于預冷消耗量和預冷時間方面。典型的研究工作有:李永兵等進行的輸送系統循環預冷……