火箭發(fā)動機泵設(shè)備的部件溫度數(shù)據(jù)的模仿

2013-07-24

溫度核算模型將發(fā)動機的噴管、乏氣管、渦輪殼體、泵殼體、進(jìn)口管、排放管別離劃為集總參數(shù)法的一個固體單元，假定每個固體單元的溫度是均勻的。依據(jù)能量守恒定律，t時刻內(nèi)進(jìn)入固體單元的總熱流量等于各構(gòu)件的內(nèi)能改變率即Ein5j=MCpdT/dS（1）式中下標(biāo)j標(biāo)明第j個單元。發(fā)動機在一次關(guān)機到二次發(fā)動的滑行時刻，沒有燃料焚燒開釋的熱量，噴管和乏氣管的換熱首要思考本身輻射和太陽輻射；渦輪、泵和進(jìn)口管的換熱首要思考噴管輻射、太陽輻射、本身輻射、相互間的導(dǎo)熱和環(huán)境的對流換熱；排空管和排放管的換熱首要思考本身輻射、太陽輻射、管內(nèi)對流換熱和環(huán)境間的換熱。

　　泵腔剩余氧化劑排空核算模型滑行進(jìn)程中，泵殼體溫度隨時刻逐步升高。實驗標(biāo)明，當(dāng)滑行結(jié)束時，其溫度能夠上升到100e，而氧化劑液態(tài)N2O4的沸點低，常壓下僅為2112e，一次關(guān)機時泵腔剩余氧化劑的溫度，通常低于其飽滿溫度3e.滑行時刻，氧化劑因吸熱升溫，汽化脹大升壓，經(jīng)過排空閥排空。排空閥是定壓單向閥，當(dāng)泵腔壓力到達(dá)或高于排空閥翻開壓力p1時，排空閥自動翻開，氧化劑以汽液兩相混合物排放；因為排放，泵腔中壓力下降，到達(dá)排空閥封閉壓力p2時，排空閥封閉。

　　核算成果及比擬對某液體火箭發(fā)動機泵體系各構(gòu)件在滑行進(jìn)程中的溫度改變進(jìn)行了核算。渦輪、泵及進(jìn)口管的溫度改變及其與試車數(shù)據(jù)比擬，圖中縱坐標(biāo)為構(gòu)件溫度值，橫坐標(biāo)為時刻。其間給出了滑行時刻渦輪殼體溫度改變及其核算成果與試車丈量數(shù)據(jù)的比擬；給出了滑行時刻泵殼體溫度改變及其核算成果與試車丈量數(shù)據(jù)的比擬；為滑行時刻進(jìn)口管壁溫度改變。泵腔中剩余氧化劑汽液比核算成果如，給出了剩余氧化劑經(jīng)定壓單向閥排空進(jìn)程的泵腔壓力改變，標(biāo)明了在整個滑行進(jìn)程中泵腔的壓力改變。

　　滑行進(jìn)程中，渦輪殼體溫度下降了444e，渦輪的熱量經(jīng)過導(dǎo)熱和輻射等方法傳遞給泵殼及進(jìn)口管；泵殼體溫度升高了70e，滑行結(jié)束時到達(dá)98e，泵殼體的熱量經(jīng)過液體導(dǎo)熱、對流和歡騰換熱方法加熱泵腔中的氧化劑；泵進(jìn)口管溫度從18e升高到78e.渦輪殼體和泵殼體溫度核算成果與試車丈量成果符合杰出，在試車時沒有丈量進(jìn)口管的溫度和泵腔氧化劑物態(tài)和汽液份額的數(shù)據(jù)。核算成果與試車數(shù)據(jù)之間的誤差是因為核算中疏忽了一些非有必要要素、核算所得成果是各構(gòu)件的平均值，而試車丈量的是構(gòu)件中部分點的值。核算成果標(biāo)明，這篇文章所建模型的核算成果與試車成果符合杰出，這篇文章所建模型正確。滑行進(jìn)程中，渦輪殼體溫度顯著下降，而泵殼體和進(jìn)口管溫度明顯升高；滑行結(jié)束時泵腔中剩余氧化劑含汽率B為1.由此可見，發(fā)動機二次發(fā)動前有必要對其泵體系進(jìn)行冷卻和掃除泵腔氣態(tài)氧化劑，比方施行二次發(fā)動前的自動排放。