RBCC燃料支板主动冷却的换热特性研究

针对典型的宽域工作火箭冲压组合循环发动机中的主动冷却燃料支板的基准构型,采用经过校验的数值模拟方法,开展了前缘半径、壁厚、流量分配方式对支板冷却效果的影响因素分析,完成了支板主动冷却通道的几何参数及流量分配策略的参数优选研究。结果表明,在其他参数相同的条件下,前缘热流随着前缘半径的增大而减小,且横截面温度分布更加均匀,但同时对支板的气动性能影响也逐渐增大;另外,壁厚的增大会降低支板的冷却效果,且壁厚越小,在前缘上的热流分布越均匀;同时,通过对比3种冷却剂分配方式的数值模拟结果可知,冷却剂更多地分配给前缘等受热严重区域可以增强特征区域的冷却效果,但全部集中在支板前缘会增大通道内压力损失,因此由尖劈部分的多个通道进入的分配方案最优,既能提高前缘冷却效率,又能保证对其他部分的有效冷却。通过开展支板主动冷却通道布局优化和影响规律分析,显著降低了燃料支板对冷却流量的需求,并为燃料支板的主动冷却结构设计提供了依据。

RBCC发动机燃料支板热防护研究

分析了RBCC发动机在5.5Ma条件下不同工作模式时燃料支板所处的热环境,综合火箭射流以及二次燃烧对热环境的影响,设计了带有冷却通道的燃料支板主动热防护方案。研究发现燃料支板在火箭冲压工作模式下受火箭羽流以及二次燃烧双重加热的影响,热环境最为恶劣,燃料喷注所形成的液膜可以对支板中部起到保护作用,壁面温度沿气流方向整体呈"高-低-高"的分布趋势。在此种工作模式下开展了三种冷却通道方案的对比研究,结果表明通道数及单通道流量增加均可以降低受热严峻部位的表面温度,提高支板表面温度的均匀性,保障发动机长时间安全工作。采用开环冷却后的煤油组织燃烧,发动机比冲性能具有1.5%的提高。