非设计工况下自燃推进剂推力室燃烧流动模拟

admin · 发表于 2022-9-25 09:03:30

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雅宝题库解析：
近年来，空间碎片已引起越来越多国家广泛的关注。多级运载火箭发射任务完成后对其进行二级钝化处理是减少空间碎片的有效措施。虽然这种手段具有可行性，同时自燃推进剂也有利于再次点火，但由于此时推进剂的物性发生了变化，输送系统难以按照正常工况条件工作，如何保证推进剂的可靠点火和燃烧的稳定性便成为发动机能否再次顺利工作的关键性题目。反过来，在非设计工况下，推进性能如何也会影响钝化处理的效果。所以研究非设计工况下自燃推进剂燃烧机理和喷雾燃烧过程具有重要意义。本文以偏二甲肼/四氧化二氮(UDMH/NTO)自燃推进剂组合为研究对象，对非设计工况点火的可行性进行了研究，建立了针对涡轮尾气/液态NTO、液态UDMH/气态NO2和涡轮尾气/气态NO2三种非设计工况的简化燃烧机理模型。通过完全混合反应模型(PSR)对三种非设计工况的简化燃烧机理进行计算，判断了着火的可行性。结果表明：液态UDMH/气态NO2、涡轮尾气/气态NO2双组元推进剂组合在合适的起始温度下可以正常点火；而涡轮尾气/液态NTO组合无论起始温度多高都无法实现点火，但可以通过调节推进剂的氧燃质量混合比来实现工况的着火燃烧。为了预测非设计工况下推力室的性能以及燃烧流动特性，运用数值模拟手段对推力室喷雾燃烧进行了研究。首先通过冷态喷雾模拟来分析各个工况条件下的雾化效果。模拟结果表明：几种工况的雾滴直径均满足现代液体火箭发动机对雾化的要求，而且对双组元同轴离心式喷注器而言，采用气液双组元组合的喷雾效果要好于液液双组元组合。然后本文针对液态UDMH/液态NTO、涡轮尾气/液态NTO、液态UDMH/气态NO2和涡轮尾气/气态NO2四种推进剂组合、18个工况点进行了喷雾燃烧模拟。模拟结果表明：推力室在四种非工况下都能提供有效推力，即便在不考虑再生冷却的情况下，燃烧室的温度及压强也都保持在合理的范围之内，能够有效保证推力室的热防护要求及结构承载能力。其中对于液态UDMH/液态NTO的推进剂组合，即便是在启动阶段，其产生的推力都要远高于其它种非设计工况。而涡轮尾气/气态NO2推进剂组合的工况产生的推力最小，但其燃烧室平均温度却是几种非设计工况中最高的。

非设计工况下自燃推进剂推力室燃烧流动模拟

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