液氧离心泵设计,理论门槛比较高,目前本团队已经整理出一套设计泵系统的方法论,欢迎加上面联系方式交流
点火炬是液体火箭发动机重要的一部分,本文阐述研发过程中的一些理论研究。点火炬的参考资料很少,作者在设计中感到点火炬似乎没有公开成型的设计思路,所以将本团队在研发过程中积累的一些经验分享。文章中错误的地方请指正。本文中数据采用气氧气甲烷,设计参数为3t级别液氧甲烷发动机,点火炬喷出气体应是富燃气体,本文中采用氧燃比在4:1到3:1之间,本文中仿真不考虑壁面热交换,加有气甲烷再生冷却的点火炬已经仿真设计完成,但是没有整理数据。设计完成之后该点火炬设计方案将静置一周进行“第十人理论”的验证,然后进行加工点火验证
通常火炬式点火炬不进行冷却,但因为某些原因笔者选用了气甲烷来做再生冷却
第一版经典构型:180度直喷对撞
结果:仿真显示由于气氧压强高于气甲烷,且气氧质量较重,直接对撞导致气甲烷被“撞回”直喷管中,在气氧喷管附近掺混燃烧,导致该出口处温度压强比较高,与预设差异过大,放弃该方案。(注:图一仿真与下表数据不同,仅作直观对照)
改进构型版本:气氧路与甲烷路斜撞,仍然出现此类问题,后更改为不对称对撞,掺混效果比较良好,但发现斜撞会在一截面出现非常高的温度,经仿真验证,即使采用气甲烷进行再生冷却仍然无法将温度降至许用范围内。经咨询,行业级通常在此处通一路气体形成气膜冷却,但是对加工精度要求较高,故完全放弃优化两路直喷对撞的方案,改用气膜冷却+再生冷却。
下图1为某文章中对于带有排放冷却气膜的火炬点火器设计简图,图二为不对称对撞仿真结果
气膜冷却版采用6个成某一角度的斜切甲烷喷注器与中心气氧喷注器,获得了比较好的冷却效果,但在初期迭代中发现喷注器区域压力异常升高,经过多次仿真之后分析是外圈甲烷喷注器气流撞击底部倾斜收敛段,导致甲烷回流与气氧出口掺混燃烧,造成压力异常升高
上图为仿真甲烷流动迹线,可见有相当一部分甲烷回流
在此版本基础上优化了甲烷喷注器角度,全部向内倾斜某一角度,得到了理论上较好的气膜冷却设计
关于计算理论我认为不用再从资料上抄下来放帖子里了
总结:如果您要设计点火炬而不采用180°对撞时,建议您采用上述构型
上述仿真由4位同学连续仿真调试一周得到,共计进行改动设计,仿真交叉验证流程50余次,数据记录略有混乱,上图中可能会存在文字与图片存在差异的地方,请指出改正多多包涵。
本团队共有10余名志于商业航天的爱好者,线下办公地点位于哈尔滨某高校院内实验室,共计300余平研发空间,实验室部分区域为半开放,欢迎爱好者前来交流讨论。目前正在进行3t小型电泵循环液氧甲烷发动机的电泵-箭载燃气发电涡轮系统设计迭代及整套发动机的设计,拟在下半年通过某些资源融资创业。本团队均为科班出身,理论根基深厚而实践能力不足,欢迎各位爱好者前来讨论,斧正,合作,甚至加入,为我们注入新鲜的,实践至上思路与血液。联系方式qq3973179779