舱外服大循环量引射器优化设计与实验研究

为进一步提高舱外航天服供氧通风能力,对其引射器进行优化设计。采用一维气体动力学模型建立喷嘴控制方程;根据实验结果确定喷嘴等熵效率,设计缩放喷嘴;采用3D打印技术加工不同结构的引射器;利用氮气进行常压引射实验,研究挡板位置、喷嘴类型与喷嘴出口位置(Nozzle Exit Position, NXP)等结构参数对混合流量的影响,寻找最优的引射器结构。研究表明:挡板位置对引射器混合流量的影响与喷嘴类型相耦合。前移挡板,亚音速引射器混合流量可提高56.90%以上,而超音速引射器则降低12.08%以上。将渐缩喷嘴换为缩放喷嘴,混合流量可以提高1.81倍以上;对于挡板前移的亚音速引射器,则可提高36.90%以上。所有亚音速引射器均无法满足当前性能要求。然而,对于超音速引射器,对于所有的NXP,在典型工况下引射器循环量均可满足要求;存在最优的NXP使得混合流量最大。NXP为6 mm时,超音速引射器混合流量最大,为144.83 L/min(工作流绝对压力为0.503 MPa);在全工况下(工作流表压为0.30~0.55 MPa),混合流量可至少提高1.59倍。设计的最优引射器测试结果均满足性能要求。