黄 兵，李 东，张树杰，于子文

（1. 北京宇航系统工程研究所，北京 100076；2. 中国运载火箭技术研究院，北京 100076）

引 言

液体火箭发动机作为一种喷气推进装置，比冲是衡量其推进性能的重要指标[1]。而推进剂的能量特性是决定比冲的重要因素。基于此，高能量的液氢、液氧低温推进剂被国内外主流的液体火箭发动机所采用[2]，其推进剂组合或采用液氢/液氧，如美国的RS68、日本的LE-7A、LE-5B、中国的YF-75D、YF-77，或采用液氧/煤油，如美国的“阿特拉斯”（Atlas）RD-180、俄罗斯“安加拉”（Angara）RD-191、RD-170、中国的YF-100、YF-115。

低温发动机由于低温特性也带来了许多独特的维护和使用问题[3]。低温液体火箭发动机起动前必须对发动机及其增压输送系统进行充分预冷。如不预冷，或预冷不充分，管路及泵组件的温度就要比液体推进剂的温度高很多，这样，在发动机起动时，推进剂就会以气相或气、液两相混合流体的状态进入管路和泵等组件。发动机和泵在这种条件下不能正常工作，会引起泵的气蚀、飞转，或延长起动时间和推力爬升时间，导致压力和流量的波动、失速运行、富氧燃烧等现象，严重的甚至可以使起动完全失败。国内外目前对于低温火箭发动机起动前的预冷方式主要采用浸泡预冷、排放预冷和循环预冷3种[4]。其中，循环预冷又分为自然循环预冷和强迫循环预冷。

低温液体火箭发动机的预冷方式很大程度上决定了一枚火箭射前操作程序的复杂性和推迟发射的适应性，具体选择哪一种预冷方式需要综合考虑。本文首先介绍了3种预冷方式的优缺点，然后基于AMESim的两相流库[5]建立了一个氢循环预冷系统，对影响预冷的3个因素进行研究，揭示其对预冷的影响规律，为工程应用提供指导。……