圆盘抑制火箭贮箱内液面塌陷数值仿真研究

在液体火箭推进剂贮箱出流的过程中,液面会出现塌陷夹气现象,通常使用圆盘装置来抑制液面塌陷。对贮箱出流过程进行数值模拟,并基于塌陷现象分析出口流速、圆盘装置、过载对液面塌陷的影响规律。结果表明:圆盘装置、大过载有利于延迟液面发生塌陷的时间,减少推进剂的剩余量;出口流速、圆盘安装高度、直径变化对液面塌陷有较大的影响。

火箭升空低温推进剂出流特性仿真研究

运载火箭升空期间,确保主发动机工作时不夹气的液体推进剂足量供应至关重要。本文针对升空过载下火箭燃料箱出流装置的工作特性与设计要求,建立CFD模型,就不同工况下输送管出现气体时对应的剩余液体量进行数值仿真与对比研究,研究因素包括:出流口是否采用锥角过渡、出流口上方是否布置隔板及隔板几何结构、出流口设置过滤器等。结果表明:采用锥角过渡,可显著降低不可用液体推进剂,最佳锥角约为30°;布置隔板有利于低温推进剂纯液相供给,且存在最优的隔板高度和长度;球壳型隔板可使不可用推进剂进一步减少约0.25%;出流口设置过滤器可拦截固体杂质及大气泡进入输送管;相较于液氧,液氢表面张力维持气液界面稳定性的能力更差,对出流结构的优化设计要求更高。

液体运载火箭贮箱消漩防塌装置流场仿真研究

液体运载火箭贮箱出流末期,由于液体晃动、旋转或液面塌陷,出流口会产生夹气现象,严重影响发动机正常工作。对这一现象进行了流场仿真分析,研究发现,防塌圆盘高度越低,贮箱内推进剂液体剩余量越少,流阻越大;圆盘直径越大,发生塌陷夹气的时间越晚,圆盘直径对出流流阻的影响较小;当有漩涡和晃动时,液面塌陷会提前发生,但消漩防塌装置仍能有效推迟夹气现象的发生。研究可以为消漩防塌装置的设计提供参考。