用于一氧化二氮-石蜡混合火箭发动机设计的计算模型
流体动力学
2023-02-15 v1
摘要
为辅助麦吉尔火箭团队首台混合火箭发动机的设计，开发了一种计算模型，该发动机采用液态一氧化二氮作为氧化剂、固态石蜡作为燃料。模型分三个阶段开发：第一阶段，考虑忽略混合发动机瞬态性能下降的稳态模型。稳态模型考虑：恒定氧化剂质量流率；化学平衡的燃烧室；一维等熵喷管；以及一维恒定推力火箭上升。稳态模型用于对发动机性能随设计参数（如氧化剂质量流率、燃料药柱尺寸和喷管尺寸）的变化进行参数化研究。在系统物理与结构约束下，选取发动机设计点以优化比冲。第二阶段，考虑包含混合发动机瞬态性能下降的非稳态模型。瞬态模型考虑：准稳态液-汽平衡的自增压氧化剂贮箱；准稳态化学平衡的燃烧室；一维非等熵喷管；以及一维火箭上升模型。建立了发动机的瞬态性能曲线，并给定3048 m（10000 ft）的目标远地点，利用瞬态模型预测运载火箭的推进剂需求。第三阶段，将非稳态模型与麦吉尔火箭团队的试车数据进行比较。根据试验数据对公式中使用的半经验参数进行标定，并评估模型的有效性。
引用
@article{arxiv.2302.06725,
title = {A computational model for the design of a nitrous oxide--paraffin wax hybrid rocket engine},
author = {Joel Jean-Philyppe},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.06725},
year = {2023}
}