QJ 2115-1991 液体战略导弹(火箭)输送系统增压计算方法.pdf

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1、内部Q.J 中华人民共和国最空航天工业部航天工业棕灌QJ 2115-91 液体战略导弹(火箭)输送系统增压计算方法1991-02-01发布1991-08-01实施中华人民共拉国航空航天工业部发布中华人民共和国航空航天工业部航天工业标准渡体战略导弹(火箭)输送系统增压计算方法1 主题内容与适用范围QJ 2115-91 本标准规定了液体战略导弹(火箭)推进剂贮箱压力范围和增压的计算方法.本标准适用于采用气瓶贮气增压方案液体汽化增压方案和燃气降温增压方案的液体导弹(火箭输送系统的增压计算，也可供其它增压方案参考.Z 引用标准QJ 1215 导弹总体术语3 术语除本标准规定的术语外，其他术语应符合QJ

2、1215的规定-3. 1 气瓶贮气增压气瓶贮气增压是指预先贮存在导弹(火箭)上气瓶内的气体，以一定流量进入贮箱增压的方式.3. 2 液体汽化增压液体汽化增压是指贮存在导弹(火箭)内的液体(可以是推进剂，亦可以是专门作为增压用的液体介质)经加热后汽化，并以一定流量进入贮箱增压的方式.3. 3燃气降温增压燃气降温增压是指经燃烧或其他化学反应产生的高温燃气(可以是发动机内的燃气.亦可以是专门作为增压用的燃气)，经降温并以一定流量进入贮箱进行增压的方式.4符号参数符号见表1，下标符号见表2.5推进剂贮箱压力范围计算压力范围计算的任务是确定导弹(火箭)正常工作所需的贮箱压力变化范围-5. 1 泵压式推进

3、剂输送系统航空航天工业部1991-02 -01批准1991 -08 -01实施QJ 2115 - 91 表1符号4i 称单份自J/(kg K) J/(地.K) 1/(kg K) A C i!i积比她容应t量比热事定容比热智内较量为加遮匮液位高传热罩数)1:皮厚度质量质量流摄马赫数多变指数过就革数陈力热量热流量学校气体常数宵谱数源1i:源1i:变化事时间越庶称积气体服缩饺系数梳阻损失ji敢梅1i:kgl阳C , c v D m m/ S1 R H h L , (1) m ,(M) q. ,(M) Ma m W/(mK) m 自1kg kg/s n n . p P. Q Q I W 口1RtmTT

4、 J/(kgK) K K/s s m/, v z m 液。这lI!仅指对流换热革数.2 2) ( )中的在称，是它前丽的名称的同且词.QJ 2115 - 91 续牵挂1符号 称单位v 导热1/.数动力帖度运动粘度体积膨胀1/.数热销射率斯就藩玻环萤曼常数.5.669 x 10 W I(m K) A Pa s 8 m2/s IIK W I(m. K可我2表示的备在被体外界计算中的捕t部分黯气体管道.气瓶绝热恩初状态网点数符号a w aeIOeJ 佼发动机正常工作的贮箱压力下隙。Pmi且需PM+AP，f+ApafmAph.川川川川(1) 式中p叫发动机人口压力下眠IPa; !J. p ，1一披泼剂

5、输送特液流力损失，Pa; ApQf一发动机启动时液体加速度损失，Pa; !J.P.被校产生的股力.Pa. 发动机人口力下限自发动机泵人口压力启动活门及管道的流阻损失压力等组成.3 QJ 2115巾915. 1. 1 Ap pf的计算这部分损失包括输送管产线的康燎损失，游涡消除器、首富商装置量、弯头.收缩(或扩张)接头、分流装置f.被纹管等产线的局官和损失.1边草bffi损失.1120山Lp v干。!ip，产L，宁+l:气ftf.(2)J赠00032+0.22IRemOi237.(3)Re_VD e幽-一.，.，.(4:飞Jl 4M V四一寸.山川川川川川川川川川川(5)川犯D-式中刷.t!J.

6、p当M， I时ApmJE二p(9).f 2 N 2a.M Ma z一-手。.uu.u._.(10)P，-) 1 1 ( . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . P R . -. . . . . . . . . . . . . . L, e-M二21mDL二，2町组N J主(1+5DY -E , 1 , .(12) 式中:p，-3震后压力Pa;Lmr一输送管折算长度.m; t p*前指门打开的响应时闷1S; E，一推进剂弹性模壤，N/m2，Ewf-输送管材料的弹性模簸，N/m1; 1.输送管镀库.m. 5. 1. 3 Ap，的忡算5 QJ 211章-91

7、I1P.，HR.(13) 5. 2 挤JI式报法剂输送系统使发动机正常工作的贮箱压力下眼由公式1计算得到，发动机入口1li力下限P由燃烧烹压力.同赏嘴应降、启动币门流阻压力及管道流眼1li力筹组成.5. 3 强度、刚度要求的f!箱压力下限贮箱同时作为承力件时.哥哥求贮箱内的最小压力P，根摇具体情况由强度设计来决定.一般布下如J情况: 导弹(火箭)垂直状态加注时，哥哥求贮箱内具衍一定压力;b. 级I司分离时为承受喷流作用要求下illi级贮箱内具有一定压力， 为使贮精3每月毫不受负1li.婆求lE向贮箱内具有一定压力;d. 飞行时的其他受力情况.5.4 f!箱底为上限I!E进剂贮箱底力上限由保险活

8、门打开压力来保证，保险栅门打开压力僚的下式确定:Py=Pbmin +忡，.(14)式4:Pbmill在导弹飞行过稳中，当Pmill.与外界大气压值为最大时，所对应的贮箱压力下限Pa; I1p，一计算余盘，Pa. 贮#自t五力下限p蛐是白发动机人闪压力下限，强度、刚度要求的压力下限然闷决定，取各版力下限的最大值.6 常?且推波剂贮箱煽原计算6. 1 物理模型吕为了简化计算，作如下假设.贮箱内的气体1li力和温度是均匀的;b. 不考虑气体与推进剂之间质量传递，C. 暴直署在气体中的箱壁利推进剂液ilii以F的精壁温度各自是均匀的，d. 气体满足理想气体状态方程.6. 2 推选剂贮箱初始状态2. 1

9、 气枕容积的确定气枕辛辛积是根据总加注臻、增1li1li力上升(下降)的速度要求和其他要求来决定，6. 2. 2气枕内初始铺底ffi力的确定初始增照原力是根据推进剂中夺性、贮箱的纺构理J式和加注1;式等要求来决定.6 QJ 2115邸912. 3飞行过程中贮箱内气体最高温度的确定贮箱内气体最高翻底是根据贮糊的材料、箱内附件和推进剂特恢等婴求来决寇，对销合金贮精一般不烦过120t.6. 3 t!箱内增底I质i且康、底力串串. 般的计算6. 3. 1 温度、压力的计算TMC.出M，C附T，+:E fM ,C T，dt一fpdv - JM .C ，Tdt工JQ，dt(15)pV四MRT川.uu.川川

10、川川川川山川川(16)C MnC .II +日后，C, dt ，坐W川H-M.(17)M.C牛:EfM.C., dt C.皿J矿一.川.(18)M .R. +:EfM ,R ,dt R- V n .(1 9) M M叶(0+ :EfM ,dt fM ,dt .(20) v=vo+fVdt川.(21):l:(I5)-(2I)中:M，保险精门放气篮Ikgl S; Q，增JI忑质与其接触的第i部分物质的换热热流盏.W , 泼M，的初愤根据推进剂的容积流量和力坐化被阁确定，鸿章主公式16计饼，置在终确定M，的值.T，根据贮箱允许最商报1t来确定6. 3. 2 换热热流计算6. 3. 2. 1 增压工质

11、与推进剂液丽之间的换热热流露QL计算:7 QJ 2115 - 91 QL惚hAx/TTL)翩.u.*u(22)hro叫仰PAz;:|川l).(23) A巾:TL一推进剂翻度，K. 6. 3. 2. 2 增版工质与贮靠自费苦之间换热热流景。的计算Q阳gmhwAHTTW)川川川川川.川.川(24)h 。叫向忍叫:n|T一叫(25) 。Q= -=.!一.=.!:!._.u.u.u.u.u.u.(26) w A RW lw，c， ) 7 & ( . . . . . . ) MW T W TA ( MW A W Ln g m nu& 电P，V，;: lg Re(去)丁L _v_ Re需17工.mT =0

12、_89T. (1 +0.2M;).川川川川川川川川川川(30)式中:Q刷一丰富接与外界气流之间的换热热流簸.W; c外界气流相对军事弹(火箭)的相对选度.m/ s; L现论尖端到l计算点的距离，血，T一大气恢复混度，K. 8 QJ 2115邸91。阳的计算根据普贮箱外踱外界大气的情况不问而不|词.导弹(火箭)在主主空中飞行，则外壁1哥大气的对流换热可以不计，2坦通过贮箱底换热时，贝d外壁与大气的换热婆根据对流换热原理进行计算，当在大气层中飞行时，因往段的换热计算按公式27和公式28.3. 2. 3增压工质在增压管中的换热热流:lII:Q，w计算:Q-wmhwd wT，T，.)川川川川川川(31

13、)hefoolBt ReM.问, ) 4 3 ( . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -w -q -c e-! Q一凡w-w e-AUZ -w -e -aa 需w e -r 式中:Qe一增胶管与外界的换热热流古董根微不问情况来计算，w. 4 r:箱内气体处于自由膨胀时陈力、激庶的计算nst p-一-.n.(34) V Const T理-.u.叫35)V . 戏中:Cl一常数n多变指数，由试验确定-6. 5气瓶内磐戴计算当气瓶以定流量放气时，其气瓶内温度按下式计算,0 3 、BEES-，p一11Jft

14、 T e T 式中n一多变指数，崩试骏确定气瓶内说1蓝、脱力随时间变化按下式计算:9 QJ 2115 91 p_.v M -一:._俨. z且T$需.一，M (37) 式中:M，气瓶初始乎于气景，kg. 6. 6增底计算程序楼阁常激推进剂贮箱增压w算程序框图见附录A(参考件，) 7低温推选剂贮箱增压计算7. 1 先地应气体进入贮箱的增压计算该增ffi计算活用于地回增脱般的停放段、上回级发动机起动前的火箭飞行段和上丽级的无动力滑行段.7. 1. 1 物理攘型处于密封状态的贮箱，均受外部热流的影响时，箱内低温液体会产线热分房，网ilt气枕服力也会随精变化，为简化w瓣，作如下假设. 经贮箱底部传人的

15、热量均匀地分布在液体巾，b. 通过贮箱侧身音传入流体的热露，使豁i丘侧身贵的液体变热硝形成自朗对流边界房.当边界层中的热液体上升到液商时，形成液体热分层.在热分f善中，液体温度按指数分布;C. 贮箱初始增E巨及气液界两处的热交换，使液体在异耐热选人深度内l!:上升，并P:指数分布.i主泊:与外部热流引起的热分房温度相施加，d. 坦液困处温度T偏大于气枕气体压力所对应的饱和l!皮T.时，部分液体要蒸发，T小于T，.时，部分气体要冷接ie刷贮精气枕续问中气体与推进别为同种介质;t气枕部份为均匀体，通过箱壁迸人气枕的热露使气枕内气体均匀升温-7. 1. 2计算公式7. 1. 2. 1 气体措I:计算

16、T., = T, + TtJ.t川.(38)-,L +(生f)v .t IG /(1 T冒醋、川.(39)C,M 10 nv l QJ 2115 - 91 式中:Q. 气、壁间换热热流量.W; Q . ，-气、液间换热热流量.W. 7. 1. 2. 2 气体压力计算ZMTR p一-_一一u.uu.仰的V 7. 1. 2.3 气、液间换热热流计算.Q Ifl = h /(, A . /T - T ，).但1)( n.KPC，IT-T，.11 .O.l41 .(42) 飞/式中T，.一液体饱和温度，由箱压确定.K. 7. 1. 2. 4 气、壁问换热热流计算.计算方程按公式24和25.7. 1.

17、2. 5 与气体接触的壁温计算TW+ntd俨式中:T ,/( 气枕绝热层外部温度.K. 7. 1. 2. 6气枕绝热层外部温度计算) HH ( + W T + 嗣T 饨，+ ，尉, T T = 1 . i+l) C,p1/ x -flit) mw T , Z T ( F-Z A-a咽精T s mv s 。c , nuv e au 且-+ ) , F T U T a ,M rBEEttL x 111 + T 1mi . . .(45) II QJ 2115 - 91 式中:气，一大气恢复源度，K; 1嗣绝热Ii!平均源肢，K; q.太阳辅射热流密度，W/m2j .太阳输射吸收率;日照角.rad.

18、 1俐的计算夜不同情况下有不|司处现方法，夜巾，她热愿与外界夜x，t流换热.夜地丽停放和大气中飞行时，对流换热系数有不同的计算方法，地面停放时川2与(啊。剿，.(46) rap m ra川川川川川川川川川川川川川川川(47)大气中飞行时，当Re运10时) 8 4 ( . . . -. 嘲-. 嘲 -. . . . . Mm fu e v e nw n o lE/, a甲咱r-Ti lfEE飞、1-2 e R ，。2 3 EM a n Tw mm TJ1 个0166A4az) .，.u.翩翩翩(49)当Re)06时，ha为公式28的形式将公式28中的TW换成11黯T(l+0，178Ma1.(50

19、) Re的计算按29式.7. 1. 2.7 气体质最计算Ml+,=M/+AM .(51) E IJ.M-万中.(52) 比h式中。E，汽液之间贸盘交换和热交换时释放草草吸收的热盏，J; Qh汽化潜热，J I kg. 12 QJ 2115 - 91 7. 1. 2. 8 液体热分层区温度分布计算.T , J = T1il + T ll . .(53) 式中Tljl一外部热流引起的液体热分层区温度分布，k; T川一突然增压引起的液体热分层区温度分布，k. 7. 1. 2. 9 液体边界层参数计算，液体边界层厚度矶和边界层内速度分布U，按下式计算dU. d. 一-LEA(U，气，Z)+B(U dZ

20、,) -;-.06.(54) dZ d. dU. 一;-C(U Z)+D(U ，).n.(55)dZ -,- r -J -, , -,-/ -1 dZ UI=U(气，Z) . .06.(56) 式中:Z-边界层与箱底的距离.m; BC、D、U-函数式，由边界层理论求得，见附录D(补充件).7. 1. 2. 10外部热流引起的液体热分层计算T(n + 1) .Tq OJ, A ,1-LQ r.I.M _-C_ _ , JI，CJ;AI 。.(r , -y) 2(n + 1) 一一-ndydx 1+ ,0. + . . rJ /!, / (1.)，;.，_A ,1 + L.A.I (与主)+(生可

21、+ u+TB .(57) C .M , , 式中:Ab一贮箱底面积，m2，A，一贮箱侧壁粘湿面积，m2，13 QJ 2115 - 91 n 液体热分层温度分布指数，取n=2;4瞄贮箱底部热流密度.W 1m2; 40阳一贮箱侧壁热流密度和内部构件热流密度之和.W 1m2; T.一热分层以下的液体温度.k; x，一热分层与液面的距离.m; y一边界层内与箱壁的距离.m; M 液体热分层厚度，m; T 热分层能量分配系数，由试验确定，。，一边界层内温度分布，由边界层参数、推进剂热物理性能确定.7. 1. 2. 11 突然增压引起的界面处液体热分层计算TJ, -T, 1-2 (1号)主+(1-:)(云

22、n式中T, 突然增压前箱压所对应的推进剂饱和温度.K; T, 突然增压后箱压所对应的推进剂饱和温度.K; H，一突然增压引起的液体热透入深度，m. 7. 1. 2. 12 汽液之间质量交换和热交换时释放或吸收的热量，按下述两种情况计算a. 蒸发情况，即T，oTlI:T一液体表面温度.K; T，.一液体饱和温度，K; EIEptCM I;叫(T，J - T. )dx , + Q户.uu.咐9)b. 冷凝情况，即TJOMM 11M M=一-.(64) Iit 15 QJ 2115 - 91 式中:Ax分层间距.m, N分层网点数.7. 2. 2. 4 气枕气体能量及其变化率N ) 5 ( . .

23、X A丛j A J OV J T j p c TI】川= U E IiE =一v.币的U Iit 式中:Eu一气枕能量，J. 7. 2. 2. 5 气液换热热流量，Q ,L z hzLARL(Ta-Tu ). (67) L-0.14 (p2Cpn;i K IT T c. 1i (68) T， TIJ = T LsG (f) (69) QRL=J74Ldt.(70) 式中:TIJ-气液边界处气体温度9K; T c.一液体在标准大气压下的饱和温度.K; .:，一修正系数，由经验给出，K，一绝热指数;p一标准大气压.Pa. 7. 2. 2. 6 气壁换热热流量16 QJ 2115 - 91 Q.旦t

24、，2r/./,x 1 + (去)J叭士生L.(71) 时1+ (在兰)T., + ( .(72) + -3 叮ttttlJT一w T-1-T X一 ,-FlV-2-2-句，A 句、dl nu z j W E n (忐)!(于);eo叶，.(73) Qw=J;FQjtu.ow.(74) 式中q 外部热流密度，W/m气!J.T.一在!J.I时刻内壁的温升.K; T .，一新时刻壁温，K. 7.2.2.7 内部构件热流量) ，、4句，( -H-r Q-t E H -AM ) ro 7 ( t A丛X A丛) , H T J T ( H A j H Ln URTI-M H nvb A hH的计算!可h

25、，将T.改为TH) 吁，吁，( H nub A 勺Z叫H nuL 17 QJ 2115 - 91 式中:TH一构件温度K; A H-构件单位高度换热面积.m2 7. 2. 2. 8 外部热流密度及热流量. 4,-;- (T.-T ,l .(78) I IFj rj wj ) AY 坷，( . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . j -nu 3-2 1llzj ) -vh A-A ( + l EEEEELX A丛 J F 句，-NT川Q-QEj;r ddt. .咐式中绝热层温度T1按公式44、4S计算，气

26、体温度计算:Tw 1 + (去)-苦+T 2h._ZRT 一二t r pC p 7. 2. 2. 9 RTZ, n Qu Q. +一一-巳+一-一+一-.(81) PCP Bt VC，VCP ) 句48 ( . . . 、lpJp + T Z. -Z- -p RT 7. 2. 2. 10气体压力计算，工作段的增压压力按下列方法计算开式系统增压计算，先进行几种不同贮箱压力的增压计算，得出结果a. M- .ft, p) .(83 然后用给定的流量M，插值，求出不同时间，对应的压力pM) . .叫84)闭式系统增压计算，对给定的贮箱压力进行计算，求出所需要的增压气体流量.7. 2. 3 增压计算程序

27、框图有增压气体进人贮箱的增压讨算程序框图见附录c(参考件) p-.f t, b. 18 嗣喃喃沓酣量A常温推t酷刑贮楠煽lIi针篝理If植圃彝寺件)给定贮箱温度T，相照力的同恨计算l:JM飞，利J, 王DPII 先增Jli气体进入t:箱的增E计算穰JT:概圄B 最., O (彝寺件)求安然增胀等l艇的然分层的橡皮T求贮精确也属外我丽副JlTn写R攘攘剂外哪鹅流I.:ciol圈。q.，求x.处的边界腾，数U，岛求而胁分居，在lI!A1鞠.，中.ohuw-zuwl嘟求部分层f磁lI!分布飞糊T，求气被之网元质量，能量线时阴气枕压力p否求气梳绝属外表面温度T，哥昏酣量有增压气体进贮筝的结压计算程序框

28、蜀辜考件C CHE卢山田$12是会是手夺忘十才阵M , M , Q. Qw-组组汁，摩、富苛刻M，由Qw否H QJ 2115 - 91 附录DA. B. C. D. U的函Ii表达式补充件)D 1 A(U Z)的函数表达式A(U 4二日-U M一-q-1-SP Entc u二3-4tn叫-peh-Z T 817z 0.21791: U: .$ 1 9 /、 p cos4 c( ! 1 ;-J 飞TlD -w-nu LI D 2 B(U ，)的函数表达式B(U 业二担(D2) 2 ,( 1去)D 3 C(U Z)的函敛表达式C(U Z)-04979! 4 , (_ _ _ , dqN_ 4 ,

29、d, 一主-I 1-0.1306 .c I一-一一，1 主!i _J_ S4mtr/dZ5r dz pfc:i:2 u:jc句，. 1 - 0.2352 _!. r -(D3) 23 QJ 2115 - 91 D 4 D(U ，)的画被表达式D(U I)=S,( 1-0.1叫)4)叽(1-0.2352干)D 5 U(气，Z)的函数表达式-42 A俨5 nuz nu AU l rEE飞、= ) Z , t s ( U , l l C3.u!2r , ，; r o : A 1 ( 1- 0.1306 ;) COSl 0.1306寸)4 、BBE，/a .(D5) 附加说明本标准由航空航天工业部七0人所提出.本标准由航空航天工业部一院一部、七O八所负责起草.本标准起草人张惠祺、张福忠、杨金宁、陈索女.24