燃烧室压力对440N空间发动机性能的影响

采用辐射冷却的铱一铼440N 推力轨道转移发动机,为增加比冲,提高燃烧室压力是最有希望的潜在途径。将燃烧室压力提高达3.5MPa(绝),不仅可以得到3283m/s 以上的比冲,而且可以显著降低发动机结构尺寸和重量。如果就利用现在使用的空间运载器上的贮籍,燃烧室压力提高到1.75MPa(绝)是切实可行的。如果把燃烧室压力提高到3,5MPa(绝),则只需增加一个用电力驱动的小型泵,便可以轻易地实现。推力室热试验采用四氧化二氮/肼,1.75MPa(绝)燃烧室压力试验采用铼材料推力室;3.5MPa(绝)燃烧室压力试验则采用铜材料推力室。在燃烧室压力为1.75MPa(绝),喷管面积比为300:1的条件下,实际比冲可以达到3263m/s。试验结果表明,铼燃烧室温度满足其长寿命极限要求,并且没有遇到稳定性,相容性和热的有关问题。     

针对可重复使用和重复起动应用而对俄罗斯NK—33火箭发动机进行的改进和验证试验

Aerojet 公司得到俄罗斯登月计划使用的已经飞行验证的液体火箭发动机后,用现代仪器和控制把它改进成可重复使用和重复起动发动机,并用热试车验证了这些改进项目。NK—33液氧/煤油发动机是 Samara 州科学和生产企业“TRUD”(现称为N.D.Kuznetsov Samara 科学技术公司)为苏维埃 N—1运载器设计制造的。该补燃发动机产生的高压(14.54MPa 的室压)和高性能(真空比冲为3246m/s)是西方的烃类发动机从来也没有实现过的。Aerojet 公司引进了36台 NK—33发动机、9台 NK—43发动机(N.D.Kuznetsov SSTC 同一发动机在上面级的翻版)。NK—33发动机改进后将首先用于 Kistler K—1运载器。改进项目有:用电磁阎替换火药起动阀;替换推力和混合比控制用的机电起动阀;重新设计吹除供给系统;更换涡轮泵起旋和主燃烧室点火器的固体推进剂;为增加万向节和推力矢量控制架而重新设计更换机架。增加阀、火药起动器和管路以重新起动发动机,更换设备和电缆束。Aerojet 对该发动机进行了成功的热试车,以验证新部件和结构,并开始研究可重复使用 Kistler 运载器上的发动机耐用性。本文描述了对原始俄罗斯发动机的改进项目,报道了至今为止的试验结果。     

美五家公司提出运载器研制的新思路

美国五家宇航公司已开始联合对一种新的运载器发展思路进行研究。这一新思路更强调市场需要的重要性,而不片面追求高性能,从而得到了美国航宇局局长等的全力支持。包括波音、通用动力、洛克希德、马丁·玛丽埃塔和洛克韦尔在内的这五家公司打算用4个月的时间对运载市场进行一次全面调查,然后再用11个月进行新运载器的方案论证和风险评定。据称新思路将加快美国下一代运载器的研制工作,并使新运载器能更灵活、更有效地承揽发射业务,从而能与欧洲的阿里安5和日本的H—2抗衡。     

美国空军/麦克唐纳·道格拉斯Delta2的第一次发射开始了军用空间的新时代

上星期美国空军/麦克唐纳·道格拉斯Delta2将一颗新的洛克韦尔导航卫星作为负荷的第一次飞行试验被空军认为是向军用空间新时代迈出的关键的第一步,可以用各种新的不载人运载器进行军事空间操作。Delta2将是一个将大重量负荷送入空间的运载器,和通用动力公司的‘宇宙神’及马丁·玛丽埃塔公司的‘大力神’几种型式一起使国防部今年用不载人的扩编运载器的发射率获得势头。     

氦气泄漏试验研究与应用

用氦气作飞行全程增压气体在我国尚属新的课题.根据型号要求进行的一系列氦气泄漏试验和使用特性研究表明,氦气的泄漏特性是可掌握的,而且普通的密封结构也能适应.对于常规推进剂火箭,其检漏方法亦不需特殊的仪器设备和手段;使用中可用空气代替氦气进行密性检查,同样能达到系统使用要求.采用全程氦气增压可减轻增压系统重量,使火箭运载能力提高1/9.     

双模式远地点液体火箭发动机的飞行性能

本文描述一种用于验证445N 双模式远地点液体火箭发动机(DM—LAEs)飞行性能的精确方法。采用验收试验比冲数据,应用该方法得出了转移轨道ΔV 的预测值.该预测值与ANIK—E2、ANIK—E、INTELSAT—K 飞行器的遥测结果一致,误差在0.1%以内.正常条件下,发动机单次点火的最大ΔV 偏差不到0.5%。这样好的一致性说明发动机地面比冲 I_测量值精度很高.星上六台 TRW 公司的 DM—LAEs 发动机的平均比冲为3084.2m/s。本文还完成了对测量系统的误差分析,估计 I_的3σ不确定度为±13.7m/s.这个估计结果与正常条件下地面试验比冲测量偏差一致,也与飞行时发动机单次点火ΔV 偏差测量结果一致。这种方法还可附带精确地估计发动机在轨工作时推进剂剩余量,还可对发动机偏离额定条件下工作时的性能影响进行辅助研究.     

含二硝基偶氮氧化呋咱推进剂的能量特性研究

二硝基偶氮氧化呋咱 ( DNAF)是一种新型高能氧化剂。采用最小自由能方法研究了 DNAF的能量特性 ,结果显示 :DNAF单元推进剂比冲 2 692 .72 N· s· kg- 1 ,比黑索今高 75.8N· s· kg- 1 ,比六硝基六氮杂异伍兹烷高 1 9.5N· s· kg- 1 ;HTPB/DNAF/Al组成推进剂的比冲可达 2 81 0 N·s·kg- 1 ;DNAF分别与 GAP和 HTPB组成的无烟推进剂的比冲分别高达 2 763N· s·kg- 1和 2 72 5N·s·kg- 1。并绘制了等性能三角图和三维立体图 ,可形象直观地看出这类推进剂的比冲、燃烧温度与配方组分之间的关系     

比冲和比推力有何不同?

在一般火箭技术文献中,比冲(Specific impulse)和比推力(Specific thrust)是一回事,其定义为推力与推进剂重量流率或质量流率之比。习惯上都用推力与推进剂重量流率之比,即(?)(1)     

新一代运载器发动机

为执行克林顿总统94年8月5号的航天运输政策,NASA 决定研制新一代可重复使用运载器(RLV),主要努力放在单级入轨(SSTO)结构。航天局目前的计划是验证能满足 SSTO 工作性能要求所需要的关键技术。这些技术包括先进的长寿命、低维护防热系统;可重复使用低温贮箱(如铝—锂复合材料和石墨复合材料贮籍);复合材科主结构和贮箱间结构;自动的或独立的检验、发射、飞行控制、制导、导航与健康监测以及先进的推进装置。RLV 的推进装置要求比冲高,可操作性和坚固性好以及高的推重比。NASA 的 RLV 计划将鉴定数种发动机型号,不仅有全低温的(氢—氧)。而且有双燃料的(由烃—氢—氧过渡到氢—氧。)不过,要研制所提出的任何一种全尺寸发动机结构并验证其是否能满足 SSTO 工作的性能、质量、可操作性和坚固性准则,在资源和手段上都是很不够的。     

简讯

获得的理论性能极限大大地提高一步.日本目前侧重于使用这种发动机来推进单级入轨航天飞机和常规的垂直发射运载火箭.LACE基本上是一种氢/氧火箭发动机,它在飞行过程中使用液态空气作为氧化剂.据认为这些发动机可以提高运载火箭的比冲,因为它们省去了常规火箭助推器所必须携带的庞大液氧贮箱.贮箱重量的减少意味着可以放宽发动机的重量要求.     

含1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)推进剂能量特性计算研究

利用国军标方法及CAD系统软件,在标准条件(pc/po=70:1)下,计算了含1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的各类推进剂的能量特性.发现TNAZ单元推进刺的理论比冲为2 700.2 N·s/kg,与DNTF单元推进剂接近;用TNAZ取代丁羟复合固体推进剂中的AP,比冲可提高37.9 N·s/kg;用TNAz取代NEPE推进剂中的AP,推进剂最大理论比冲可达2 671.1 N·s/kg;NC/NG/TNAZ组成的无烟改性双基推进剂比冲可达2 573.6 N·s/kg;由GAP/TNAZ/BDX组成的无烟推进剂,在很宽的范围内都可得到2 600 N·s/kg以上较高的理论比冲值.研究结果表明,TNAZ在高能推进剂尤其在高能无烟推进剂中有着广阔的应用前景.     

固体火箭发动机飞行比冲的再现

飞行时的发动机平均比冲通过以加速度为基础的再现火箭速度来计算,推导比冲公式使用的模型中,考虑了推进剂和惰性物质的排放量、理想飞行速度方程及计算的速度损失。但是,一些固体火箭发动机出现了尚不明了的地面与飞行间的比冲损失。求大力神—4固体助推器比冲的经验表明:燃烧过程中比冲的变化可以计算这部分损失。推导了变化比冲的理想速度方程并加以讨论,指出比冲变化的原因。     

一次性使用/空间运输系统火箭轨道转移级的液体推进技术

分析用于各种上面级的轨道转移飞行器(OTV)最佳液体推进设计方案,研究了17.7—26t低地球轨道(LEO)级运载火箭有效载荷级用的高/低压地面可贮存推进系统技术及高性能、低推力低温推进方案.以LEO高度100nmile、比冲340s、质量比0.90为基本标准,通过计算给出质量比在0.88—0.92及比冲在320—500s范围内的性能     

LE-5发动机比冲分析

LE-5液氧/液氢燃气发生器循环发动机实测真空比冲被用来评定一种新的喷管性能分析计算方法.涡轮排气引入到主流的超音速段,涡轮排气的有效比冲用一种简单方法计算,然后乘上一个由缩比热试模型试验确定的系数.主流比冲用一种类似于JANNAF的喷管分析方法进行计算,计算时假设能量释放效率等于测定的C~*(特征速度)效率.测得的发动机比冲与分析计算值相当一致.在有些情况下,发现C~*-效率和能量释放效率之间存在偏差.     

核能火箭发动机的设计

核能火箭发动机(简称 NTR 发动机)使用固体核芯反应堆和棱形的燃料棒,其质量和性能主要取决于最高反应温度和燃料棒的密度。如果选择碳化物类燃料棒,则堆芯质量将随碳化物数量正比变化;发动机/空间运载器干质的增加用比冲加以补偿。在设计时,可以考虑一个综合方案,即把碳化物基燃料棒放置在反应堆的热端,对出口气体起加热作用。对具有高温工作能力基的燃料棒来说,一种方案是:从每个燃料棒束的热端适当缩小燃料棒使冷却通道在轴向成扩张型,对轴向的热交换作以下处理使堆芯出口气温达到最大:(1)用一个顶部反射器使最大热交换区域转到堆芯入口;(2)选择碳化物燃料棒结构,使它对冷却剂流动横截面有高的表面换热区域;(3)调整燃料棒的碳化物比例。     

分析吸气式运载工具的简单关系式

以往几十年中,人们一直对在运载工具的部分爬升段中以吸气式推进代替火箭推进的可能性争论不休.近几年来,这种争论日趋激烈.但不管怎样,目前有必要对此开展一些基本的系统研究.本文给出一组描述运载工具的速度参数(α)和比冲参数(β)等质量分数的简单关系式.但愿这些关系式能有助于选择最佳的吸气式运载工具(ABLV).本文只给出单级入轨运载工具(SSTO)的关系式,这并不表明SSTO优先于多级运载工     

燃油分配对超燃冲压发动机的性能影响仿真分析

针对超燃冲压发动机两级燃油分配对内流道流动过程、燃烧模态、发动机性能及调节特性的影响问题,建立了发动机一维流动分析模型;对马赫数6/当量比1,马赫数6/当量比0.6,马赫数4/当量比1三种工况不同的一级/二级燃烧室燃油分配比例下的流动过程进行了仿真,并获得了不同燃油分配规律下的发动机性能.通过分析表明：超燃冲压发动机的两级燃油分配比例直接影响发动机内流道内的流动参数分布、燃烧模态及发动机比冲等性能参数.对于马赫数6/当量比1工况,当一级燃烧室的燃油分配比例为30％～70％时,可在全流道内组织纯超声速燃烧,最高比冲超过800 s;对于马赫数6/当量比0.6工况,即使将所有的燃油均在一级燃烧室喷入,流道也不会壅塞,该工况下最大比冲超过800s;对于马赫数4/当量比1工况,燃烧室内组织亚声速燃烧,最大比冲为1 031.9 s;为保证亚声速燃烧扰动不传递到燃烧室入口外,一级燃油分配比例不应过高.     

基于热力计算的固体火箭冲压发动机理论性能研究

研究了固体火箭冲压发动机的理论性能,采用编制的热力计算程序对含铝镁和含硼贫氧推进刺进行了计算,分析了在设计点处补燃室温度、冻结流比冲、平衡流比冲随空燃比变化的趋势,以及比冲随补燃室压强变化的趋势.计算结果表明,冻结流比冲低于平衡流比冲;在合理空燃比区内,选取空燃比作为设计值,有利于提高发动机性能;提高补燃室压强和选用高能推进剂都能有效提高比冲,但补燃室压强的提高受进气道设计的制约.     

闭式循环液体火箭发动机

本文主要介绍萨莫拉国家科研生产联合体(TRUD)研制的 NK—33、NK—43、NK—39和 NK—31可重复使用的闭式循环液氧煤油发动机方面的经验。这些发动机结构布局经济合理,具有真空比冲为3247.11m/s～3462.93m/s(对应于 NK—33和 NK—31发动机的比冲),质推比约为0.000815kg/N(对应于 NK—33和 NK—43发动机)的最佳性能参数。本文探讨了在这几种发动机的研制和主要组合件的研究过程中产生的主要问题。此外本文也介绍了燃气发生器、涡轮泵组件、推力室和发动机总体结构的主要参数、试验数据和试车数据的处理方法。     

NASA等准备研制国家运载系统

美国航宇局、美国空军和美国国家航天委员会准备研制一种新的系列运载火箭。这种称作国家运载系统(NLS)的系列运载火箭将能把10～50吨的有效载荷发射到低地轨道。目前,美国空军正在运用先进的材料和加工技术研制共空间运输主发动机(STME)。这种可供NLS选用的发动机将使用液氧/液氢作推进剂,从而可减小对环境的危害。但NLS系列中