不同设计参数对液氧甲烷发动机喷管效率的影响

为了更好更快地计算喷管性能,采用特征线法加附面层修正的方式开发了一种二维喷管化学动力流场计算程序,针对某液氧甲烷发动机计算了不同设计参数对应的喷管流场,研究了不同设计参数对喷管效率的影响,设计参数包括推力、室压、喷管面积比和喷管出口角等。计算喷管效率时考虑了几何损失、附面层损失、化学动力损失。结果表明使用程序计算能够准确快速获得工程上重视的设计指标,大大提高了仿真效率,可用于喷管型面优化。

常用钟型喷管造型、性能及低空使用边界分析

使用无旋特征线法和拟抛物线公式对某地面启动喷管进行了设计,考虑了4种常用的钟型喷管型面,即最大推力喷管、最优抛物线喷管、截短理想喷管、压缩截短理想喷管。通过使用自编高效欧拉方程耦合附面层修正喷管流场求解器求解流场,得到喷管在绝热条件下的真空比冲、出口壁面压力等关键信息,然后使用FLUENT软件计算喷管的流动分离状态,进而比较了这4类常用的钟型喷管的性能和低空使用边界。结果表明,4类喷管在该设计条件下性能差距很小,但是抛物线喷管和压缩截短理想喷管均可通过调整型面来提高喷管出口壁面压力从而扩大喷管的可用面积比进而提高比冲。

再生冷却推力室准二维传热数值计算

为了提高液体火箭发动机传热计算精度,建立了再生冷却推力室准二维传热计算的通用方法。冷却通道内考虑了冷却剂层间导热导致的温度分层效应,燃气侧对流换热既可采用传统Bartz公式,又可直接求解边界层控制方程得到热流密度,最终基于MATLAB开发完成了通用的再生冷却推力室准二维传热程序。利用该程序对某氢氧发动机进行了传热计算,并与一维传热程序和三维CFD传热计算结果进行了对比,结果表明:准二维传热计算方法可以计算出冷却通道内温度分层情况,冷却剂温升、流阻计算值与热试数据吻合较好,误差在10以内,优于一维传热结果,验证了计算方法的有效性;直接求解边界层控制方程得到的热流密度与三维计算结果吻合较好;准二维传热计算时间短,效率高。