2021 年 7 月
第 42 卷 第 7 期
推 进 技 术
JOURNA L O F PRO PU L S ION TECHNO LOGY
July 2021
Vol.42 No.7
半开式富氧补燃混合循环发动机方案研究 *
刘红军
(西北工业大学 航天学院,陕西 西安 710072)
摘 要:针对未来航天主发动机的应用需求,提出了一种燃料供应系统采用开式循环、氧化剂供
应系统采用分级燃烧闭式循环的半开式富氧补燃混合循环发动机系统方案,综合分析了这种新型混合
循环发动机所能达到的比冲性能,对比分析了新型混合循环发动机作为可重复使用航天运载器主发动
机相比于开式循环和常规补燃循环、全流量补燃循环发动机的优缺点,针对推力为100t级的液氧煤油
混合发动机的系统进行计算和分析。结果表明,新型混合循环发动机在主燃烧室压力 26.5MPa 下,海
平面比冲可以达到303s,可以以较小的比冲性能损失为代价,实现涡轮泵介质相容、有效提高发动机
设计裕度。
关键词:液体推进剂火箭发动机;混合循环;富氧补燃;系统方案;液氧煤油
中图分类号:V434+
.2 文献标识码:A 文章编号:1001-4055(2021)07-1476-07
DOI:10.13675/j.cnki. tjjs. 200685
Scheme Investigation on a Half Open Oxygen-Rich Staged
Combustion Mixture Cycle Rocket Engine
LIU Hong-jun
(College of Astronautics,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072,China)
Abstract: Aiming at the applications for space launch vehicle main engines,a half open oxygen-rich
staged combustion mixture cycle engine scheme,with which an open fuel supply subsystem and an closed oxygen
supply subsystem are applied,is proposed in this paper. The specific impulse performances of this kind of mix⁃
ture cycle are calculated,and comparing with open cycle,convention closed cycle and full flow closed cycle,its
advantages and shortcomings are discussed from the viewpoint of being used as reusable space launch vehicle en⁃
gines. The detail system parameters for a 1000kN thrust level liquid oxygen kerosene mixture cycle engine are cal⁃
culated. The results show that for the new mixture cycle engine,sea level specific impulse can attain 303s under
the main combustion chamber pressure of 26.5 MPa. Meanwhile,its high critical design margin,along with the
compatibility of turbo-pump mediums,can be obtained at the cost of a small loss of specific impulse.
Key words:Liquid propellant rocket engine;Mixture cycle;Oxygen-rich staged combustion;System
scheme;Liquid oxygen and kerosene
1 引 言
实现航天运载器像飞机一样的重复使用一直是
人类追求的目标,Space X 的垂直起降火箭回收与重
复使用的方式为航天运载器实现重复使用开辟了一
条新的技术途径,但受诸多技术因素,特别是作为运
载火箭心脏的发动机技术的限制,目前所能达到的
重复使用次数有限,且再次发射周期仍然较长[1-3]
。
* 收稿日期:2020-09-04;修订日期:2021-04-16。
通讯作者:刘红军,博士,研究员,研究领域为液体火箭发动机系统。E-mail:Liuhj2019@nwpu.edu.cn
引用格式:刘红军 . 半开式富氧补燃混合循环发动机方案研究[J]. 推进技术,2021,42(7):1476-1482. (LIU Hong-jun.
Scheme Investigation on a Half Open Oxygen-Rich Staged Combustion Mixture Cycle Rocket Engine[J]. Journal of
Propulsion Technology,2021,42(7):1476-1482.)