大流量推力室氢头腔设计优化与数值分析

高压大流量推力室氢头腔的优化设计对氢喷嘴流量均匀性和氧喷嘴声学错频具有非常重要的意义。通过对传统平顶式推力室氢头腔内的流场和氧喷嘴声学特性进行的数值计算、与不同倾斜角度的阶梯式氢头腔进行对比分析,结果表明,平顶式氢头腔导致边区氢流量小于设计值,造成边区高混合比,而阶梯式氢头腔有效地提高了氢喷嘴流量的均匀性,使各圈氧喷嘴纵向声学频率不一致、能量分散,实现氧喷嘴和燃烧室的声学错频,从而大大降低喷注耦合声学不稳定发生的可能性,为大推力氢氧发动机高压大流量氢头腔结构的合理设计提供依据。

某氢氧发动机推力室氢喷嘴烧蚀问题仿真分析

氢氧火箭发动机推力室内的喷注均匀性不但影响燃烧效率,还有可能影响喷嘴、面板及内壁等结构的可靠性。针对某型氢氧火箭发动机推力室多次出现固定位置两个氢喷嘴的烧蚀问题,采用CFD方法模拟了此发动机氢头腔及喷嘴的内部流动。通过分析流动特性,并给出量化对比结果,得出了以下两个结论:一方面此发动机推力室喷注面氢流量分布不均,而多次产生烧蚀的喷嘴是所有喷嘴中氢流量最小的两个;另一方面氢喷嘴出口环形间隙内流量分布不均,在所有喷嘴中产生烧蚀的喷嘴出口流速分布不均匀度是最高的。这两个因素共同作用下导致喷嘴局部混合比过高,是造成固定位置喷嘴局部烧蚀的重要原因。