常温及低温容器充放气模型研究

罗天培，孙 德，张家仙，李 茂

（1.北京航天试验技术研究所，北京，100074；2.北京市航天试验技术与装备工程技术研究中心，北京，100074）

0 引 言

在液体火箭动力系统、液体火箭发动机试验系统的运行过程中，推进剂贮箱以及增压气瓶等的充、放气是常见的操作之一。尤其对于地面试验台来说，在研制阶段为了考核发动机在不同的泵前压力或者燃烧压力下的工作性能等，充放气过程会更为频繁。同时为了满足发动机、动力系统工作时序以及安全使用等的要求，贮箱或气瓶的充压和泄压需要在严格的规定时间内完成。以某型号火箭动力系统试验为例，箭上气瓶的充气过程需在点火前-9 h到-3.5 h内完成，考虑到充气过程温升带来的强度、疲劳等问题，该时间不仅不能延长，同时也不能显著缩短；点火前推进剂贮箱的预增压需在-4 min到-3 min之内完成，快速增压一方面保证了发动机泵前压力入口压力的需求，另一方面也使得推进剂温度基本保持不变，温度品质好。因此准确计算容器的充、放气过程对于火箭动力系统的时序安排以及气瓶的强度设计等方面具有重要意义。

容器的充、放气是多变指数和传热系数变化的复杂过程[1]，同时，受诸如气管长度、通径、内壁粗糙度等很多因素的影响[2～4]，其中高压容器的充、放气过程相对来说更为复杂，以放气为例：放气初始阶段由于放气口前后压比一般远超临界压力比，放气口处流动会达到壅塞状态，流动速度为当地声速，放气过程导致的容器压力降低会使得流量逐渐下降；……