庞红丽，潘 亮，胡坚勇



冷氦换热器传热设计及试验研究

庞红丽，潘 亮，胡坚勇

（北京航天动力研究所，北京，100076）

为满足某火箭二级发动机氧贮箱增压需求，在二级发动机上设计了一种蛇形管式冷氦换热器，并对其进行传热论证。在发动机试验时搭建了一套冷氦试验系统，对冷氦换热器的性能进行试验验证，验证后修正了换热器传热系数。结果表明：冷氦换热器传热计算合理，修正后的蛇形管长度与试验基本一致。

火箭发动机；换热器；蛇形管；传热系数

0 引 言

目前，运载火箭氢氧发动机氧贮箱均通过高温燃气加热氦气或氧进行氧贮箱增压。新一代运载火箭二级氧贮箱也采用氦气增压方案，但其二级氢氧发动机是闭式膨胀循环[1]，与以往的燃气发生器循环发动机相比，发动机内没有高温燃气，只能采用相对温度较高的氢气给冷氦加热，其设计方案及换热能力能否满足增压需求，需经过试验验证。

1 冷氦换热器传热设计论证

1.1 冷氦换热器设计参数

二级发动机冷氦换热器设计参数如表1所示。

表1 冷氦换热器的设计参数

Tab.1 Design Parameters of Cold helium Heat Exchanger

换热器内部工作介质氦气换热器外部工作介质氢气 氦气入口温度/K25氢气温度/K213 氦气出口温度/K85氢气流量/（kg·s-1）2.15

续表1

换热器内部工作介质氦气换热器外部工作介质氢气 氦气出口压力/MPa0.4氢气压力/MPa5.5 氦气额定流量/（g·s-1）qm

1.2 冷氦换热器设计方案

冷氦换气器的结构如图1所示。

图1 冷氦换热器

冷氦换热器采用蛇形管方案，换热器内蛇形管流路采用逆流的方式，即氦气进入蛇形管，顺着蛇形管逆流而上，与壳体内的氢气充分换热后，给氧贮箱进行增压。……