液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真

陈一丹; 陈宏玉; 刘亚洲

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210232

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真

火箭发动机 | 更新时间：2025-03-14

- 液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真
- Cavitation modeling and start⁃up under⁃rated pressure simulation of liquid rocket engine
- 航空动力学报 2022年37卷第8期页码：1654-1663
- 作者机构：
  
  中国航天科技集团有限公司西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室，西安 710100
- 作者简介：
  
  陈一丹（1997-），男，硕士生，研究方向为液体火箭发动机系统仿真。E⁃mail：3150104754@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(51606138)
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210232
  中图分类号：
- 稿件说明：
移动端阅览
陈一丹, 陈宏玉, 刘亚洲. 液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真[J]. 航空动力学报, 2022,37(8):1654-1663.

Yidan CHEN, Hongyu CHEN, Yazhou LIU. Cavitation modeling and start⁃up under⁃rated pressure simulation of liquid rocket engine[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(8): 1654-1663.
陈一丹, 陈宏玉, 刘亚洲. 液体火箭发动机汽蚀建模与低入口压力起动过程仿真[J]. 航空动力学报, 2022,37(8):1654-1663. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210232.

Yidan CHEN, Hongyu CHEN, Yazhou LIU. Cavitation modeling and start⁃up under⁃rated pressure simulation of liquid rocket engine[J]. Journal of Aerospace Power, 2022, 37(8): 1654-1663. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210232.

摘要

针对液体火箭发动机氧化剂泵的汽蚀过程，使用入口NPSH（net positive suction head）代替入口压力作为汽蚀发生的判据和入口质量流量的计算方法，并通过模型与试验结果的对比发现以扬程下降1.25%作为断裂汽蚀发生点的模型具有良好的精度。后续开展发动机低于额定入口压力的起动仿真，结果表明：62%及以上额定压力能够正常起动；45%及以下额定压力起动失败，原因是燃气发生器温度过高。主要存在0.4~0.6 s，0.4~0.85 s和0.4~1.2 s三个时间段的严重汽蚀，分别对应氧主阀打开、主涡轮转速的快速爬升和燃气发生器参数波动。氧化剂主泵汽蚀主要影响燃气发生器和推力室，次要影响燃料供应路组件，轻微影响主涡轮。

Abstract

The NPSH （net positive suction head） was used instead of the inlet pressure as the criterion of cavitation condition for liquid rocket engine cavitation process，and the model with the head drop of 1.25% as occurrence point of fracture cavitation had good prediction accuracy by comparing the simulation with the test results.Subsequently，the engine start⁃up simulation was performed.The results showed that the rated pressure of 62% and above can start normally；the rated pressure of 45% and below failed because the gas generator temperature was too high.There were three periods of severe cavitation in 0.4-0.6 s，0.4-0.85 s and 0.4-1.2 s，respectively，correspondingly to the opening of the main oxidant valve，the rapid climb of the main turbine speed and the fluctuation of the gas generator parameters.The cavitation of the oxygen main pump mainly affected the gas generator and the thrust chamber，secondly affected the fuel supply path assembly，and slightly affected the main turbine.

关键词

Keywords

references

Беляев Е Н , Черваков В В . Математическое модеирование рабочего процесса жидкостных ракетных двигатей [M]. Москва : Издательство МАИ⁃ПРИНТ , 2009 . （in Russia）

契万诺夫Β Κ ，比利亚耶夫Ε Η ，切尔瓦科夫Β Β . 液体火箭发动机工作过程的数学模拟 [M].张兴波,李平,陈建华，译. 西安 : 航天科技集团公司第十一研究所 , 2000 .

BRENNEN C E . Hydrodynamics of pumps [M]. Cambridge,UK : Cambridge University Press , 2011 .

BRENNEN C E . Cavitation and bubble dynamics [M]. Cambridge,UK : Cambridge University Press , 2013 .

BAKIR F , REY R , GERBER A G ， et al . Numerical and experimental investigations of the cavitating behavior of an inducer [J]. International Journal of Rotating Machinery , 2004 , 10 （ 1 ）: 15 ⁃ 25 .

古里希 J F . 离心泵 [M].周岭,施卫东，译. 北京：机械工程出版社 , 2019 .

SHANG Z , EMERSON D R , GU X . Numerical investigation of cavitation around a high speed submarine using OpenFOAM with LES [J]. International Journal of Computational Methods , 2012 , 9 （ 9 ）: 1 ⁃ 14 .

BRENNEN C . Bubbly flow model for the dynamic characteristics of cavitating inducers [J]. Journal of Fluid Mechanics , 1978 , 89 （ 2 ）: 223 ⁃ 240 .

格列克曼 В Ф . 液体火箭发动机自动调节 [M].顾明初,郁明桂,邱明煜，译. 北京 : 宇航出版社 , 1995 .

KALNIN V M , SHESTERYANIKOV V A . Dynamic of cavitational failure of rotary pump [M]. Moscow,Russia : MAI Publications , 1976 .

KAZIOLKOV B P , EFIMOCHKIN A F . Cavitation mechanism of rotary pumps in nonstationary regime [M]. Moscow,Russia : MAI Publications , 1972 .

ZAKHAROV O V . Cavitation problem in rotary pumps [M]. Moscow,Russia : MAI Publications , 1967 .

PILIPENKO V V . Cavitational auto‑oscillation [M]. Moscow,Russia : MAI Publications 1989 .

ZADONCEV V A , PILIPENKO V V . Specification of propagation of cavitational autooscillation in rotary pumps [M]. Moscow,Russia : MAI Publications , 1976 .

PRISNYAKOV V F , PRON L V , SEREBRYANSKIJ V N . The dynamic model of failures in a liquid propellant rocket engine [R]. Graz,Austria : the 44th International Astronautical Federation Congress , 1993 .

SHEVYAKOV A A . Theory of control automatic of rocket engines [M]. Moscow,Russia : MAI Publications , 1978 .

李龙贤，丁振晓，吴玉珍 . 基于热力学修正的诱导轮空化模型研究 [J]. 火箭推进， 2019 , 45 （ 5 ）: 52 ⁃ 58 .

LI Longxian , DING Zhenxiao , WU Yuzhen . Research on cryogenicinducer cavitation model modified by thermodynamic effect [J]. Journal of Rocket Propulsion , 2019 , 45 （ 5 ）: 52 ‑ 58 . （in Chinese）

RAMESH D ， ALIMOHAMMDI H . Simulation of cavitation process in oxidizer pump of a liquid rocket engine [R].AIAA 2009 ⁃4958 , 2009 .

KUMAR P , SAINI R P . Study of cavitation in hydro turbines:a review [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 2010 , 14 （ 1 ）: 374 ⁃ 383 .

LUO X , JIN B , TSUJIMOTO Y . A review of cavitation in hydraulic machinery [J]. Journal of Hydrodynamics , 2016 , 28 （ 3 ）: 335 ⁃ 358 .

WASHIO S . Recent developments in cavitation mechanisms:a guide for scientists and engineers [M]. Sawston,UK : Woodhead Publishing , 2014 .

RAMESH D , AMINPOOR M.Nonlinear , dynamic simulation of an open cycle liquid rocket engine [R].AIAA 2007 ⁃5507 , 2007 .

FRANCESCO D M . Modelling and simulation of liquid rocket engine ignition transients [D]. Rome : Sapienza University of Rome , 2011 .

陈宏玉，刘红军，陈建华 . 补燃发动机强迫起动过程 [J]. 航空动力学报 , 2015 , 30 （ 12 ）: 3010 ⁃ 3016 .

CHEN Hongyu , LIU Hongjun , CHEN Jianhua . Forced start⁃up procedure of a staged combustion cycle engine [J]. Journal of Aerospace Power , 2015 , 30 （ 12 ）: 3010 ⁃ 3016 . （in Chinese）

BELIAEV E N , CHEVANOV V K , CHERVAKOV V V . Mathematical modeling of working processes of liquid propellant rocket engines [M]. Москва : Издательство МАИ⁃ПРИНТ , 1999 . （in Russia）

张贵田 . 高压补燃液氧煤油发动机 [M]. 北京：国防工业出版社 , 2005 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

一种可重复出水两栖无人飞行器多循环推进系统方案

重复使用液体火箭发动机涡轮泵安全寿命预估方法

某液体火箭发动机涡轮泵球轴承故障机理及改进方案(已撤稿）

基于综合模糊聚类算法的液体火箭发动机故障诊断

液体火箭发动机燃烧室壁液膜冷却的数值模拟