火箭发动机泵设备的部件温度数据的模仿

2013-07-24

温度核算模型将发动机的喷管、乏气管、涡轮壳体、泵壳体、进口管、排放管别离划为集总参数法的一个固体单元，假定每个固体单元的温度是均匀的。依据能量守恒定律，t时刻内进入固体单元的总热流量等于各构件的内能改变率即Ein5j=MCpdT/dS（1）式中下标j标明第j个单元。发动机在一次关机到二次发动的滑行时刻，没有燃料焚烧开释的热量，喷管和乏气管的换热首要思考本身辐射和太阳辐射；涡轮、泵和进口管的换热首要思考喷管辐射、太阳辐射、本身辐射、相互间的导热和环境的对流换热；排空管和排放管的换热首要思考本身辐射、太阳辐射、管内对流换热和环境间的换热。

　　泵腔剩余氧化剂排空核算模型滑行进程中，泵壳体温度随时刻逐步升高。实验标明，当滑行结束时，其温度能够上升到100e，而氧化剂液态N2O4的沸点低，常压下仅为2112e，一次关机时泵腔剩余氧化剂的温度，通常低于其饱满温度3e.滑行时刻，氧化剂因吸热升温，汽化胀大升压，经过排空阀排空。排空阀是定压单向阀，当泵腔压力到达或高于排空阀翻开压力p1时，排空阀自动翻开，氧化剂以汽液两相混合物排放；因为排放，泵腔中压力下降，到达排空阀封闭压力p2时，排空阀封闭。

　　核算成果及比拟对某液体火箭发动机泵体系各构件在滑行进程中的温度改变进行了核算。涡轮、泵及进口管的温度改变及其与试车数据比拟，图中纵坐标为构件温度值，横坐标为时刻。其间给出了滑行时刻涡轮壳体温度改变及其核算成果与试车丈量数据的比拟；给出了滑行时刻泵壳体温度改变及其核算成果与试车丈量数据的比拟；为滑行时刻进口管壁温度改变。泵腔中剩余氧化剂汽液比核算成果如，给出了剩余氧化剂经定压单向阀排空进程的泵腔压力改变，标明了在整个滑行进程中泵腔的压力改变。

　　滑行进程中，涡轮壳体温度下降了444e，涡轮的热量经过导热和辐射等方法传递给泵壳及进口管；泵壳体温度升高了70e，滑行结束时到达98e，泵壳体的热量经过液体导热、对流和欢腾换热方法加热泵腔中的氧化剂；泵进口管温度从18e升高到78e.涡轮壳体和泵壳体温度核算成果与试车丈量成果符合杰出，在试车时没有丈量进口管的温度和泵腔氧化剂物态和汽液份额的数据。核算成果与试车数据之间的误差是因为核算中疏忽了一些非有必要要素、核算所得成果是各构件的平均值，而试车丈量的是构件中部分点的值。核算成果标明，这篇文章所建模型的核算成果与试车成果符合杰出，这篇文章所建模型正确。滑行进程中，涡轮壳体温度显着下降，而泵壳体和进口管温度明显升高；滑行结束时泵腔中剩余氧化剂含汽率B为1.由此可见，发动机二次发动前有必要对其泵体系进行冷却和扫除泵腔气态氧化剂，比方施行二次发动前的自动排放。