肼类单组元发动机冷起动过程温度敏感性研究

冀 鹏，雷凡培，梁树强，肖明杰

（1. 西安航天动力研究所液体火箭发动机重点实验室，西安，710100；2. 中国船舶集团有限公司，北京，100044； 3. 航天推进技术研究院，西安，710100）

0 引 言

肼类单组元发动机是运载火箭和各类航天器姿态控制、轨道控制使用最广泛的推进系统，其性能以及稳定性直接影响着运载火箭和航天器的控制精度和可靠性[1,2]。近年来随着航天器飞行任务的增多，对单组元发动机的环境适应性愈加严苛，单组元肼发动机在冷起动时，时常出现起动响应延迟长、起动压力峰大的现象。一方面较长的起动响应延迟难以满足总体对推进系统的响应要求，另一方面较高的起动压力峰也降低了发动机的结构可靠性，可能导致发动机结构破坏。亟待对肼类单组元催化分解发动机冷起动工作过程开展深入的研究工作。

采用催化分解产生热燃气的肼类单组元发动机，推进剂进入推力室后涉及在催化床这种多孔介质中的多相多尺度流动、均相热分解和异相催化分解等复杂的物理化学过程，目前对该过程的研究主要依靠试验。Hearn[3]在研究脉冲工作对催化床寿命影响时发现，在脉冲工作模式下冷起动压力峰不会发生在较短的脉冲过程中。Kagawa等[4,5]采用可视化技术研究催化床内液态肼流动状态，发现相较于温启动和热启动，冷起动时液态肼的渗透面积更大、渗透距离更远。此外，火星着陆飞船[6]、阿里安5号运载火箭[7]、NASA空间飞行器[8,9]等所采用单组元发动机研制过程中，也主要采用试验手段来考核和鉴定发动机的冷起动能力并评判其对发动机性能的影响，发现过低的起动边界温度会导致肼推力器的使用寿命大大降低。……