杨寒 刘奎芹 李茂

摘  要：依据喷管试验技术要求，对加热器进行了设计。加热器采用氢气、氧气和空气作为推进剂，采用成熟的气氢气氧电火花点火器点火。加热器头部采用四同轴喷嘴和喷注孔结合方案，兼顾燃烧稳定性和加热器热防护。加热器设计工况两种，分别为总温2470K、总流量1.81kg/s、燃烧室压力0.587MPa，总温2635K、总流量1.326kg/s、燃烧室压力0.409MPa，设计结果满足要求。

关键词：加热器;喷注器;设计

中图分类号：V431          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）15-0094-02

Abstract： According to the technical requirements of nozzle test， the heater is designed. The heater uses hydrogen， oxygen and air as propellant and uses mature gas hydrogen oxygen electric spark igniter to ignite. The heater head adopts the combination scheme of four coaxial nozzles and injection holes， taking into account the combustion stability and the thermal protection of the heater. The heater has two design conditions： total temperature 2470K， total flow 1.81kg/s， combustion chamber pressure 0.587MPa， total temperature 2635K， total flow 1.326kg/s， combustion chamber pressure 0.409MPa. The design results meet the requirements.

Keywords： heater; injector; design

1 概述

本设计依据《喷管热流试验任务要求》，提出了为喷管提供入口参数的加热器技术方案。

开展两种不同工况下的喷管热流试验，工况参数见表1。

2 加热器方案设计

2.1 技术原理

加热器设计包括加热器头部和身部，使用氢气和氧气作为燃料和氧化剂，氢气和氧气在加热器内燃烧产生高温燃气，并且与空气补燃掺混，使空气达到额定总温、总压，然后通过喷管加速到所需马赫数。

2.2 加热器参数设计

根据所需燃气总压、总温和马赫数对加热器参数进行设计计算，具体如下。

加热器喷管内的流动近似为一维等熵流，根据气体动力学相关理论，得到如下参数：

（1）喷管喉部面积

式中：A-喷管出口面积，m2;Acr-喷管喉部面积，m2;Ma-马赫數;k-比热比。

由上式可得，工况一喷管喉部面积为0.003872m2，工况二喷管喉部面积为0.00421m2。

（2）加热器总压

式中：P-喷管出口静压，MPa;P*-喷管出口总压，MPa。

由上式计算得到，工况一加热器总压0.5856MPa，工况二加热器总压0.409MPa。

（3）质量流量

式中：-质量流量，kg/s;K-流体系数，            ; R-气体常数;Acr-喷管喉部面积，m2;