蓄液器在板式贮箱中的应用及性能分析

蓄液器是板式表面张力贮箱最重要的组件之一,它即可以和导流板搭配使用,也可以单独使用,来对推进剂进行有效管理。介绍了几种典型蓄液器的结构,在此基础上,介绍了蓄液器的工作原理,以及蓄液器在微重力下工作的基本方程,同时给出了蓄液器的临界加速度、最大蓄液量、临界蓄液量、推进剂残留量、有效蓄液量的求解方法,并采用这些方法对一典型的蓄液器的性能进行了分析。通过这些性能分析,可以为蓄液器的优化设计和微重力试验提供指导和依据。     

低温液体推进剂增压分析与计算

运载火箭低温推进剂贮箱的增压问题极为复杂,其传热问题的研究分析又受到很大的限制.为此,根据我国上面级低温液体推进剂火箭的要求及其具体条件,推导和制定了整个飞行过程的贮箱增压计算方法、主动段—滑行段—主动段的计算公式和必需的初始数据.计算结果与国外同类试验结果规律相一致,与某型号低温推进剂火箭飞行结果相接近,证明该计算方法是可行的.     

微重力条件下上面级贮箱液体推进剂自由界面变形数值模拟研究

上面级在滑行期间经历微重力环境,其贮箱内的液体推进剂若管理失当,将影响主发动机的再次启动。文章采用流体体积法对微重力条件下某上面级液氧贮箱内自由界面变形问题进行数值模拟,并与理论分析值进行对比。研究结果表明,数值模拟计算得到的液体爬升高度和表面张力波传播速度与流体力学理论符合较好,证明该方法能够预示微重力条件下上面级液氧贮箱内的流体运动特性,可为后续上面级推进剂管理技术方案的制定及相关试验验证提供参考。     

典型低温推进剂的热力学性能参数评估

近年来,低温推进剂在火箭推进领域得到了广泛应用,针对液氧、液氢以及液甲烷等低温推进剂的研究也得到了深入开展。然而,有关低温推进剂热力学性能的研究虽有开展,但各种推进剂性能的特点和差异缺乏研究,对低温推进剂的热力学性能缺乏综合性分析研究和系统认识。统计了1960年以来火箭推进剂的使用以及按照火箭级应用分布情况,对低温推进剂在火箭推进领域的应用与发展进行系统性综述。从低温推进剂的基础热物理性质出发,面向航天推进应用,对不同低温推进剂的动力特性、传输特性、贮存特性以及致密化特性4个方面进行综合评估。结果表明：液氢推力特性最好,氢氧发动机理论比冲可达457 s。相同管路和工况条件下,液氢流动阻力最小,液氧流动温升最小,液甲烷流动阻力和温升特性表现居中。以管长为10 m、管内径为0.1 m的加注管路为例,液氢流动压降小于5 kPa,液氧流动温升小于0.5 K。在地面停放过程中液氧和液甲烷温升小,贮箱增压慢,同时液甲烷热分层现象较弱。对于高5 m、直径3 m的圆柱形贮箱来说,当外界热流密度为50 W/m²时,液氢温升可达4.83 K,液氧仅为1.93 K;液氧贮存周期可达36...     

低温推进剂交叉输送管路关键技术研究进展

低温推进剂交叉输送(CPCF)技术是实现低温火箭动力冗余能力的关键技术之一,能够实现芯级和助推级推进剂的合理利用。该技术的核心部件是芯级和助推级之间的交叉输送管路,主要包括用于切断推进剂流动的隔离阀和管路连接分离装置。为了梳理CPCF核心部件的关键技术,首先对CPCF技术的基本运行原理和发展现状进行了简要阐述;其次对交叉输送管路存在的难点问题进行了归纳总结,主要涉及管路的低温密封、低温推进剂管理以及管路连接分离;最后借鉴相近领域的技术为CPCF技术的研制提供参考。本文对将来CPCF技术的应用具有一定的指导意义。     

低温推进剂在轨加注技术与方案研究综述

为了探究适用于低温推进剂在轨加注的相关技术与方案,通过文献调研与对比分析,介绍国内外在轨加注技术的研究现状,梳理低温推进剂在轨加注的关键技术,研究现有加注技术与方案对低温推进剂的适用性,并提出我国开展相关研究的思路与方向。研究表明：1）气液分离、蒸发量控制、质量测量和流体驱动循环等技术是直接影响推进剂在轨加注系统结构与加注性能的关键技术;2）低温推进剂具有沸点低、表面张力小等特殊性,对气液分离、系统热防护等技术的性能要求更高;3）表面张力式气液分离、纤维镜或射频质量检测、多层隔热材料、热力学排气系统（TVS）以及无排气加注等先进技术方案对低温流体和微重力环境均具有更好的适用性,将成为实现低温推进剂在轨加注的关键突破口。     

低温推进剂致密化技术的发展综述

采用深度过冷等方式对低温推进剂进行致密化,可显著改善其热力学性能,包括密度提升、气液饱和压力降低和显冷量增加等,对减小箭体尺寸和增强低温推进剂应用便利性具有重要促进作用。选取液态甲烷、液氧和液氢3种典型低温推进剂作为研究对象,首先对深度过冷前后的低温推进剂物性参数进行对比,深入了解致密化产生的有益效果;随后,广泛综述低温推进剂致密化的国内外发展和应用现状,对其技术特征进行归纳和总结;最后,提出适合我国国情的低温推进剂致密化发展建议,包括开展低温推进剂组合同步致密化、研发高性能真空压缩机以及设计新型加注流程等,以期为我国低温推进剂致密化技术未来发展提供理论参考。     

美国新型低温上面级的预研情况

二十五年来,美国宇航局和美国空军一直打算开展多种先进的低温上面级的研制,如 AMPS、OOS、STV、TUG,HEUS、OTV、AUS 等等,但到现在为止,都还始终处于预研阶段,人马座上面级仍在继续改进。利用现有的经费研制一种全新的上面级,以获得比人马座更佳的工作性能和经济效益,这种情况迄今还没有体现出来。本文简要介绍通用动力公司预研的几种先进的上面级方案和基本费用情况。迄今为止,在美国的上面级序列里,只有人马座是采用液氢/液氧推进剂的高能上面级。它已随宇宙神和大力神运载火箭发射了约80次。对人马座继续改进的重点是增加可靠性、降低发射费用、增加滞空时间等。但是,在美国航天界一直存在两种倾向的经费投向,一种是为改进人马座继续投资,另一种则认为应开始研制一种全新的高能上面级,通用动力公司对改进人马座和研制新型上面级两方面部很感兴趣。研制一种全新型的发动机、具有一体化健康管理(IHM)功能的控制系统组成的全新型上面级及其地面辅助设施将需资金20亿美元左右,而其工作性能也许只比人马座提高约10%,这样,研制一种全新型的上面级将是不经济的,除非有特殊的要求,如需要进行载人月球或火星环绕旅行任务,否则,将不会开展全新型的上面级研制。     

可贮存推进剂火箭增压气体与泵入口压力关系研究

根据氦气和氮气在可贮存推进剂中的溶解度与发动机泵入口压力关系，以及对美国上面级火箭“阿金纳”增压系统的分析，计算和研究，对我国可贮存推进剂上面级火箭的发动机泵入口压力要求和增压输送系统进行分析和研究，认为采用氦气增压，我国可贮存推进剂上面级火箭发动机氧化剂泵入口压力要求可以大幅度地降低，较大地提高火箭的运载能力，并提出相应的改进建议。     

复合固体推进剂的模量调节

综述了填充聚合物模量理论研究的发展概况，认为基体模量和有效填充分数是影响复合固体推进剂模量的两个主要参数。从填料、粘合剂、界面作用和工艺四个方面对影响复合固体推进剂模量的因素进行了讨论，提出了调节复合固体推进剂模量的技术途径。直接途径是调节化学及物理交联密度、填充分数、粒度级配和填料形状；间接途径是增强粘合剂网络物理相互作用、填料细化、增强界面粘附作用和改进工艺等。     

膜盒贮箱推进剂补加过程的建模与仿真

推进剂在轨补加是确保空间站长期工作的重要条件。为了使补加工作顺利实施,需要对推进剂补加过程进行专门的研究。航天器常用推进剂如一甲基肼、四氧化二氮等有剧毒,地面模拟补加试验常采用无毒的模拟工质。但由于两种物质的物性参数存在差异,导致模拟的补加过程和效果与实际情况有差异。文章参考国外空间站补加系统构成形式和补加过程,建立膜盒贮箱推进剂补加过程的数学模型,通过将仿真结果与地面试验数据对比验证了数学模型的准确性。进一步对两种推进剂的补加过程进行仿真分析,并与纯净水补加数据对比。结果表明:液体工质的体积流率与密度存在反比关系,即一甲基肼的补加速率高于纯净水,四氧化二氮的补加速率则低于纯净水。     

固体发动机装药CAD

基于计算机图形处理直接获得燃面几何数据,发展了一种装药设计新方法,可以进行装药燃面、质量及惯性随肉厚变化的计算,为一维内弹道计算及流场计算提供更为详尽的数据,还能进行动态燃面推移,使设计者直观地判断其设计的合理性。     

电火箭空心阴极发射体寿命研究

分析了影响电火箭空心阴极发射体寿命的各种因素。论述了空心阴极放电时，其内部化学反应生成物的迁移、扩散、蒸发和溅射。讨论了发射体发射材料的损耗速率与温度的关系，指出知度降低发射体的工作温度是延长空心阴极寿命的有效措施，还讨论了工质气体纯度和真空环境对发射体寿命的影响。     

液体火箭发动机工艺与过程关键特性研究

介绍了确定液体火箭发动机制造工艺和过程关键特性的方法。运用FMECA法分析和研究了液体火箭二级发动机设计关键特性、工艺关键特性和过程关键特性,识别出三类关键特性242项,在此基础上总结出了液体火箭发动机工艺关键特性与过程关键特性判别准则,即策划与甄别准则。该准则可有效推进液体火箭发动机的精细化管理,为发动机成熟度进一步提升打下了基础。     

液体火箭发动机低成本设计技术

简要介绍了国外液体火箭及其发动机的低成本研制现状,重点论述我国液体火箭发动机低成本设计,尤其是发动机系统、发动机重要组件的结构简化及可靠性设计经验.发动机系统优化与简化设计方法确保了系统简单、零组件数量和组件品种减少,操作性方便.关键组件的预先研究和新型密封结构设计提高了发动机的可靠性.指出低成本设计是降低发射费用的重要措施之一;液体火箭发动机低成本研制应从系统设计着手,力求系统简单可靠;对于要求特殊和薄弱环节的结构运用创新和关键技术攻关得以实现.     

第二代表面张力贮箱的研究与应用进展

为了对国外新型卫星推进剂贮箱的研究动态进行跟踪，对第二代表面张力贮箱的研究与应用进展做了阐述。首先对比了不同类型推进剂贮箱的特点，在此基础上，从试验研究、数值模拟和实际应用三个角度对第：二代表面张力贮箱——以板式结构为主的表面张力贮箱的发展做了综述。研究表明，国际上已经对第二代表面张力贮箱的性能做了大量的数值模拟和搭载试验，如今第二代表面张力贮箱已经成为当今国际大型卫星推进剂贮箱的主流。这为新型卫星推进剂贮箱的研究指明方向并提供有价值的参考。     

一种改进的推进剂燃速预示方法

把Beckstead-Derr-Price(BDP)模式用于推进剂燃速计算，文中对燃速预测的某些改进使计算的结果更为合理。对单规格AP－HTPB推进剂，为计算方便起见与方中只采用了单一规格的平均粒度的AP，所预测的燃速值与文献[2]中的实验结果进行了比较，其间良好吻合。     

板式表面张力贮箱导流板的理论计算与试验验证

板式表面张力贮箱的PMD通常包括导流板与出口附近的蓄液器,导流板是影响板式贮箱性能的关键因素之一,由于地面没有失重环境无法直接进行导流板的工作原理地面验证。为了确认导流板的可用性,通过理论分析建立了导流板液体传输能力的计算方法,通过中性浮力试验对导流板的液体收集能力进行了试验验证。经过多次试验的试验结果与理论计算结果的对比分析,得到了一种可应用于工程设计的计算方法,利用该方法编程形成了一套计算软件,可指导板式表面张力贮箱内导流板的设计。     

高速平板诱导轮的结构设计与分析

诱导轮是液体火箭发动机（LPRE）中重要的组成部分,它能有效地提高主泵的抽吸性能。首先介绍了LPRE诱导轮的几种典型结构型式,然后阐述了LPRE诱导轮的基本概念和设计原理,进一步推荐和分析了高速平板诱导轮几个重要结构参数的设计准则,最后按照设计方法设计了用于某液体火箭发动机的一台高速诱导轮,CFD计算表明它具有较好的扬程性能和抗汽蚀特性。     

流量转速参数信号调理技术

液体火箭发动机试验中,流量和转速传感器输出的信号为不规则的频率信号,对不规则频率信号的调理是准确测量的关键环节。介绍了液氧煤油发动机地面试验中流量和转速参数信号的调理技术,重点阐述频率信号调理器的原理、功能、设计要点及调试方法,给出了频率信号调理器的关键环节原理图。使用这种频率信号调理器对液氧煤油发动机试验中流量和转速传感器输出的频率信号直接进行调理,保证了频率型参数的准确测量。