变过载下液氧贮箱内流体晃动与压力瞬变仿真研究

作     者：李轲 黄仁建 臧云天 汪彬 王磊 厉彦忠 LI Ke;HUANG Renjian;ZANG Yuntian;WANG Bin;WANG Lei;LI Yanzhong

作者机构：西安交通大学制冷与低温工程研究所西安710049 上海宇航系统工程研究所上海201109 

出 版 物：《真空与低温》 (Vacuum and Cryogenics)

年 卷 期：2025年第31卷第1期

页      面：31-38页

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(51976151) 

主　　题：低温流体 流体晃动 压力瞬变 数值仿真 

摘      要：运载火箭发动机空间关机后,液氧贮箱沿轴向的过载力迅速衰减,在径向过载力扰动下,可能导致箱内液氧大幅晃动及贮箱压力衰减。由此,本文建立了三维过载力瞬变工况下低温推进剂贮箱晃动仿真模型,且在模型中考虑了气枕、液相、金属壁之间的热质传递作用。对比分析了防晃结构以及气枕气体组分对箱内流体扰动与压力衰减的影响。研究结果表明:在轴向过载力降低后,径向过载力会造成箱内液氧大范围晃动,对比无防晃结构贮箱条件,水平与十字防晃板相结合的方式能够显著降低推进剂的晃动幅度,即十字隔板贮箱和全结构贮箱压降为0.141 MPa和0.137 MPa,降低23.8%和25.9%。晃动过程贮箱压力的衰减同时受气枕平均温度降低、气枕气体冷凝效应影响。当气枕存在氦气时,气枕的冷凝效应降低,造成压力降低速率减小。气枕为纯氦气或75%氦气工况下,贮箱的压降幅值约为0.047 MPa,小于纯氧气条件。所构建三维模型可指导低温贮箱空间流体管理、重复使用运载器返回过程推进剂流体管理等工程设计。