低溫推進(jìn)劑管道輸送系統(tǒng)特性研究.pdf

1、本文通過(guò)理論與實(shí)驗(yàn)研究相互結(jié)合的方式，探索了兩項(xiàng)特殊應(yīng)用的低溫流體管道輸送系統(tǒng)特性，即進(jìn)行了液體火箭推進(jìn)劑貯箱內(nèi)增壓氣體的選擇和增壓方式的改進(jìn)問(wèn)題研究，及低溫液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前的預(yù)冷方案研究。這兩項(xiàng)低溫管道輸送系統(tǒng)的研究來(lái)源于我國(guó)新一代的運(yùn)載火箭規(guī)劃，是低溫液體推進(jìn)劑運(yùn)載火箭設(shè)計(jì)中的兩個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。全文開(kāi)展了以下幾個(gè)方面研究工作： 1.二氧化碳在液氮和液氧中的溶解度計(jì)算在理想溶液的基礎(chǔ)上，采用了適用于非極性溶質(zhì)一溶劑系

2、統(tǒng)的正規(guī)溶液關(guān)系式和修正的Scatchard-Hildebrand關(guān)系式，分析并計(jì)算了二氧化碳在液氮和液氧中的溶解度。并與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，得到了較為合理的結(jié)論和解釋。計(jì)算結(jié)果為低溫液體推進(jìn)劑貯箱自生增壓系統(tǒng)的增壓氣體的選擇和配制提供了理論依據(jù)。 2.低溫流體增壓輸送系統(tǒng)的數(shù)值模擬利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論和數(shù)值計(jì)算工具，對(duì)低溫液體推進(jìn)劑增壓輸送系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。根據(jù)物理試驗(yàn)要求的條件，設(shè)計(jì)了模擬計(jì)算工況，得到了若干對(duì)

3、試驗(yàn)裝置改進(jìn)和對(duì)試驗(yàn)過(guò)程具有指導(dǎo)意義的建議和結(jié)論。同時(shí)結(jié)合增壓輸送的試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了相同工況的數(shù)值模擬預(yù)測(cè)，并借助試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值試驗(yàn)的合理性。 3.低溫推進(jìn)劑增壓輸送系統(tǒng)的試驗(yàn)研究參考試驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，以及數(shù)值模擬的結(jié)論，搭建并完善了低溫液體推進(jìn)劑增壓輸送系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)裝置。以液氮為模擬推進(jìn)劑，以含不同組份的二氧化碳和水的氮?dú)鉃槟M增壓氣體，進(jìn)行了液氧煤油火箭的液氧箱自生增壓試驗(yàn)研究。通過(guò)改變?cè)鰤簹怏w中二氧化碳和水蒸汽的含量，分

4、別模擬了液氧加熱氣化增壓輸送和富氧燃?xì)庠鰤狠斔?，從試?yàn)原理上驗(yàn)證了含有微量二氧化碳和水蒸汽的氮?dú)庠鰤狠斔鸵旱桨甘强尚械?，為增壓方式和增壓氣體的選擇提供了依據(jù)，為今后的進(jìn)一步試驗(yàn)研究及系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了參考。 4.循環(huán)預(yù)冷的試驗(yàn)研究利用相似原理，搭建了能用于低溫液體推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)預(yù)冷試驗(yàn)研究的試驗(yàn)裝置，進(jìn)行了一系列循環(huán)預(yù)冷實(shí)驗(yàn)研究。證明了在低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷系統(tǒng)中采用自然循環(huán)預(yù)冷法替代傳統(tǒng)的排放預(yù)冷法是可行的。提出了采用氣