【摘 要】
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液氢/液氧是一种常见的推进剂组合，由于其比冲高得到了广泛的应用。由于低温液体，特别是液氢具有沸点和汽化潜热很低的特点，若设计不合理，则有可能出现两相流，从而影响其输送效率。本文以液氢在两个贮箱之间的输送过程为研究对象，针对其动力学和热力学两种性能开展了研究：第一，研究了低温液体输送系统的流动特性，为设计者在低温液体增压转注设计方面提供了相应的参考；第二，研究了低温液体输送系统的漏热特性，从而为输送
【机 构】
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北京航天试验技术研究所,北京 100074
【出 处】
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第十届全国低温工程大会暨中国航天低温专业信息网2011年度学术交流会
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液氢/液氧是一种常见的推进剂组合，由于其比冲高得到了广泛的应用。由于低温液体，特别是液氢具有沸点和汽化潜热很低的特点，若设计不合理，则有可能出现两相流，从而影响其输送效率。本文以液氢在两个贮箱之间的输送过程为研究对象，针对其动力学和热力学两种性能开展了研究：第一，研究了低温液体输送系统的流动特性，为设计者在低温液体增压转注设计方面提供了相应的参考；第二，研究了低温液体输送系统的漏热特性，从而为输送管道的绝热结构设计指标提供了相应的参考。
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为了减缓空间碎片，需要运载火箭完成任务后通过轨道调整进入大气层烧毁，轨道调整需要一定的动力。通过理论计算和地面试验，对C3A系列运载火箭用三子级发动机离轨动力技术方案进行研究，分别研究了氢贮箱剩余氢排放和推力室在箱压下点火两种方案，可以提供55.5 N～6.48 KN的推力。方案不消耗有效推进剂，对火箭运载能力没有影响。
本文对低温火箭贮箱推进剂出流末期由于塌陷造成的输送管夹气现象进行数值模拟研究。对缩比准则的深入认识，确保缩比试验的可靠性及缩比试验中对一些影响因素的敏感性分析，对确定试验方案将有重要参考作用。本文即应用Flow-3D软件，对新一代运载火箭缩比出流试验过程进行数值仿真，进而分析满足Fr数相等时，选择不同缩比、不同工质、不同过载的出流剩余量。
提出采用3次B样条函数插值方法得到低温流量调节阀流量特性曲线，以获得调节阀开度与流量系数之间的函数关系。获得试验数据点坐标后，首先采用5点二次修匀公式对数据点进行修匀以消除测量数据本身的随机误差；采用积累弦长参数化方法对每个数据点进行参数化；最后采用3次B样条曲线对数据点进行插值，对误差进行了分析。与传统多项式插值相比，本文方法函数曲线阶次低，且能准确的通过每个数据点，精度更高，为低温流量调节阀的
本文采用CFD数值模拟技术研究了缓冲器在电磁阀开启压力冲击下的缓冲特性。流体控制方程为三维以及轴对称Euler方程，采用非结构网格有限体积格式求解；采用零厚度虚拟挡板技术成功模拟了缓冲器后部减压器的动态特性，虚拟实现了缓冲器下游与减压器功能相同的动态边界条件。计算了不同外形、不同气源压力和温度、不同气体介质条件下缓冲器系统的性能。
本文主要对贮箱气体通过阀门对外放气过程进行了理论分析，计算其出口气体温度并与试验测试结果进行了比较。通过研究得出，贮箱放气过程中阀门出口温度高于气体露点温度，阀门内部不会产生冷凝水。
本文重点介绍了国内正在研制的大型低温火箭的POGO稳定性研究成果。其中,POGO频率特性分析有效揭示了POGO振动机理,为POGO抑制设计提供了方向性的指导。而POGO稳定性分析中,不仅针对氧泵间管两相流及发动机气路熵波特性等问题攻坚克难,而且还建立了一套图形化、模块化和通用化的POGO稳定性分析工具,可有效完成新型火箭的POGO抑制设计。
为满足发动机结构需要，液体运载火箭贮箱需要进行增压。不同的消能器结构形式导致增压气体在贮箱内的运动特性差异较大，也由此对增压能力和贮箱结构设计温度等都产生了明显影响。本文主要对消能器的形式对增压的影响进行研究。
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在液体火箭系统中，增压输送系统是可靠性环节的关键点之一，工作过程复杂。为了研究增压输送系统管路、阀门等组件的匹配特性，增加系统的可靠性，设计并搭建增压输送系统低温试验平台。本文介绍了该试验平台的技术要求、设计思路及设计方案，并对该平台进行初步测试。测试结果表明，该平台设计合理，满足增压输送系统试验的要求。