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浅聊低温推进剂火箭喷泉效应与制约方法

编辑:杭州有限公司时间:2021-03-03

  据悉,广场喷泉是指当长垂直管路中低温推进剂液柱被释放的蒸汽所挤排,而且蒸汽释放速度大于按气泡释放正态函数可能产生的速度时,低温液体系统中所发生的现象。当这种现象发生时,管路中的推进剂会像泉水一样喷涌而出,故称为“喷泉效应”。液体从垂直管路中喷出后,由于重力作用而使管路上方贮箱中的液体再次充填管路,导致产生类似于水锤的压力波动。这种效应通常在管路加注后(3~5) min 内发生,它引起的压力波动可能很大,因而可能引起输送管路、导管与活门支架的损坏。同时,由于输送管路内形成液、汽两相状态,可能引起发动机的气蚀问题。这些都涉及火箭发射的牢靠性,因此须予以解决。

  低温推进剂火箭的广场喷泉效应,主要是由如下原因引起的∶长垂直管路中低温推进剂过热释放出的蒸汽达到饱和或过热液体的沸腾,使管路压力下降。因此,如何使火箭加注、停放至发射前管路中低温液体一直处于饱和温度或该温度以下状态, 是制约和消去喷泉效应的关键。从理论上来说,这种状态通常可采取隔热、致冷等措施来保持。但由于受火箭结构特定性、技术性能要求和系统复杂性等因素的限制,解决这个问题有一些难度。

  国外在解决这个关键技术课题时,曾经进行了大量的试验研究,其成果已应用于各运载火箭。

  当前各广场喷泉厂家应用了氦气注入法、补充加注法、循环回流法三种方法来制约喷泉效应。前两种需要从系统外部建立相应的注入系统装置, 并在加注推进剂过程、火箭停放至发射前进行系统控制。后者只要在系统内部增设一循环回流管路,火箭发射时须将循环回流管路与主输送管路隔断。相对来说,后者系统结构、控制较为简单。选择何种制约方法,应根据喷泉的具体情况而定。