Acta Armamentarii ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (7): 2228-2239.doi: 10.12382/bgxb.2023.0546
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ZHANG Teng1, NIU Qinglin1,*(), LIU Yunfeng2, GAO Wenqiang1, DONG Shikui3
Received:
2023-05-31
Online:
2023-09-13
Contact:
NIU Qinglin
CLC Number:
ZHANG Teng, NIU Qinglin, LIU Yunfeng, GAO Wenqiang, DONG Shikui. Numerical Calculation of Infrared Radiation Characteristics of Rocket Engine Exhaust Plume in Boost Phase[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(7): 2228-2239.
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Fig.1 Comparison of supersonic jet schlieren test and numerically calculated results(upper: test schlieren imaging result, and below: CFD simulated result)
一级或 二级 | 编号 | 推进剂 质量/ kg | 推进剂 配比 | 发动机 质量比 | 地面比冲/ (N·s·kg-1) | 真空比冲/ (N·s·kg-1) | 喷管 数量 | 喷管膨 胀比 | 最大 推力/ kN | 工作 时间/ s | 燃烧室 压力/ MPa | 喷口 直径/ m | 喉部 直径/ m |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
一级 | M55A-1 | 20800 | 70%AP 14%HTBN 16%Al | 0.915 | 2316 | 2626 | 4 | 10 | 912 | 61.6 | 4.923 | 0.5580 | 0.1968 |
二级 | SR19-AJ-1 | 6426 | 70%AP 14%CTPB 16%Al | 0.886 | 2471 | 2823 | 1 | 24.8 | 270 | 65.2 | 3.109 | 1.2195 | 0.2449 |
Table 1 Performance parameters of 1st and 2nd stage engines[2]
一级或 二级 | 编号 | 推进剂 质量/ kg | 推进剂 配比 | 发动机 质量比 | 地面比冲/ (N·s·kg-1) | 真空比冲/ (N·s·kg-1) | 喷管 数量 | 喷管膨 胀比 | 最大 推力/ kN | 工作 时间/ s | 燃烧室 压力/ MPa | 喷口 直径/ m | 喉部 直径/ m |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
一级 | M55A-1 | 20800 | 70%AP 14%HTBN 16%Al | 0.915 | 2316 | 2626 | 4 | 10 | 912 | 61.6 | 4.923 | 0.5580 | 0.1968 |
二级 | SR19-AJ-1 | 6426 | 70%AP 14%CTPB 16%Al | 0.886 | 2471 | 2823 | 1 | 24.8 | 270 | 65.2 | 3.109 | 1.2195 | 0.2449 |
性能 参数 | T/K | p/MPa | Ma | CO2 摩尔分数 | CO摩尔 分数 YCO | H2摩尔 分数 | H2O摩尔 分数 | HCl摩尔 分数 YHCl | H摩尔 分数 YH | OH摩尔 分数 YOH | N2摩尔 分数 | Al2O3摩尔 分数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
一级 | 2119.87 | 0.07383 | 3.027 | 0.01833 | 0.21360 | 0.31744 | 0.13641 | 0.15112 | 0.00222 | 0.00013 | 0.08433 | 0.07560 |
二级 | 1807.70 | 0.01441 | 3.599 | 0.02046 | 0.24545 | 0.32193 | 0.10326 | 0.15415 | 0.00055 | 0.00001 | 0.07718 | 0.07681 |
Table 2 Parameters of nozzle exit plane
性能 参数 | T/K | p/MPa | Ma | CO2 摩尔分数 | CO摩尔 分数 YCO | H2摩尔 分数 | H2O摩尔 分数 | HCl摩尔 分数 YHCl | H摩尔 分数 YH | OH摩尔 分数 YOH | N2摩尔 分数 | Al2O3摩尔 分数 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
一级 | 2119.87 | 0.07383 | 3.027 | 0.01833 | 0.21360 | 0.31744 | 0.13641 | 0.15112 | 0.00222 | 0.00013 | 0.08433 | 0.07560 |
二级 | 1807.70 | 0.01441 | 3.599 | 0.02046 | 0.24545 | 0.32193 | 0.10326 | 0.15415 | 0.00055 | 0.00001 | 0.07718 | 0.07681 |
T/s | H/km | v/(m·s-1) | T/K | p/Pa |
---|---|---|---|---|
34 | 10 | 690 | 223.252 | 26499.9 |
48 | 20 | 1150 | 216.65 | 5529.31 |
58 | 30 | 1590 | 226.509 | 1197.03 |
67 | 40 | 1795 | 250.35 | 287.144 |
77 | 50 | 2080 | 270.65 | 79.7791 |
85 | 60 | 2359 | 247.021 | 21.9587 |
93 | 70 | 2683 | 219.585 | 5.2209 |
99 | 80 | 2982 | 198.639 | 1.05247 |
106 | 90 | 3327 | 186.867 | 0.183593 |
112 | 100 | 3730 | 195.081 | 0.0320113 |
118 | 110 | 4120 | 240 | 0.00710407 |
123 | 120 | 4630 | 360 | 0.00253827 |
Table 3 Flow parameters for representative ballistic points
T/s | H/km | v/(m·s-1) | T/K | p/Pa |
---|---|---|---|---|
34 | 10 | 690 | 223.252 | 26499.9 |
48 | 20 | 1150 | 216.65 | 5529.31 |
58 | 30 | 1590 | 226.509 | 1197.03 |
67 | 40 | 1795 | 250.35 | 287.144 |
77 | 50 | 2080 | 270.65 | 79.7791 |
85 | 60 | 2359 | 247.021 | 21.9587 |
93 | 70 | 2683 | 219.585 | 5.2209 |
99 | 80 | 2982 | 198.639 | 1.05247 |
106 | 90 | 3327 | 186.867 | 0.183593 |
112 | 100 | 3730 | 195.081 | 0.0320113 |
118 | 110 | 4120 | 240 | 0.00710407 |
123 | 120 | 4630 | 360 | 0.00253827 |
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doi: 10.12382/bgxb.2021.0105 |
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