液体火箭发动机推力室冷却通道结构优化研究

bb20920d · 发表于 2022-4-21 09:46:58

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推力室是液体火箭发动机的重要组成部分，推力室的可重复使用是火箭发动机提高可靠性、实现多次工作、降低使用成本的重要因素。因此有必要对推力室进行相关的寿命分析并在此基础上进行实现寿命增长的结构优化研究。本文首先对液体火箭发动机推力室热疲劳分析技术进行了综述，描述了当前在推力室冷却通道结构优化方面的相关成果。根据再生冷却系统的结构，本文建立了再生冷却传热模型，使用FORTRAN编写了一维再生冷却传热计算程序，计算得到推力室的流场和传热参数的轴向分布。同时采用商业软件ANSYS进行了推力室的热疲劳分析，包括热分析和结构非线性分析，并在此基础上进行了推力室内壁的寿命计算。在总结了冷却通道的结构参数变化对推力室寿命的影响规律之后，研究中分别采用了对分法、共轭梯度法和自由梯度法等方法实现了以循环工作寿命为目标的推力室喉部区域冷却通道结构的优化。通过研究表明：推力室喉部区域的热流最大，在进行寿命分析和结构优化研究中需要重点考虑喉部区域；通过结构优化的方法能实现推力室寿命增长的目标，优化之后冷却通道朝着大高宽比的趋势变化，具有更薄的内壁结构，优化得到的推力室结构得到了较低的热载荷；自由梯度法相对于其它的优化方法有较高的优化效率。

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