某型膨胀循环发动机高空模拟试验方案研究

某型膨胀循环发动机在研制初期基于环境压力可能对膨胀循环发动机起动加速性有较大影响的考虑,采用了全程主动引射高空模拟试验方案,试验结果显示环境压力对发动机起动加速性的影响较小。发动机室压和喷管面积比是影响引射方式的主要参数,该型膨胀循环发动机与采用被动引射的某型燃气发生器循环发动机参数相当,这为该型膨胀循环发动机采用被动引射提供了可能,并对膨胀循环发动机采用被动引射高空模拟试验方案的可行性进行仿真研究。     

膨胀循环发动机技术的发展、应用与展望

系统总结了国内外膨胀循环发动机技术的发展和应用情况,在分析未来航天发展需求、研究膨胀循环发动机技术发展方向的基础上,对膨胀循环发动机技术未来的发展进行了展望.     

30kN上面级液氧甲烷发动机方案

上面级是介于运载火箭与航天器之间的相对独立的一级,具备轨道转移能力,可将有效载荷精确送入预定轨道。上面级是提高火箭运载能力和提升任务适应性的有效途径,上面级发动机是实现该目标的关键。长期在轨的高性能上面级,要求主动力具备比冲高、空间可长期贮存和高可靠性等能力。针对此技术需求,对比分析了上面级发动机的系统方案;设计了采用泵压膨胀循环、双涡轮泵串联的30 kN上面级发动机系统方案;重点介绍了推力室、涡轮泵和发动机总装集成等关键组件的研究进展。研究表明:液氧甲烷推进剂非常适用于长期在轨上面级发动机;闭式膨胀循环发动机系统是长期在轨上面级动力系统方案的首选;推力室和涡轮泵等组件的研制结果,初步证明了发动机系统及组件方案的可行性;发动机总装和演示试验方案设计工作,为深入开展发动机系统技术研究打下了良好基础。     

膨胀循环氢氧发动机低压火炬的点火能量研究

针对膨胀循环氢氧发动机多次点火需求,采用氢、氧推进剂吸热着火和火炬燃气降温放热的假设,用热力计算方法从理论上分析了推力室采用火炬点火的能量问题。在考虑火炬燃气与推力室内的氧补燃后,富燃低压火炬点火器的点火能量能够满足推力室点火需求。研制了2种低压火炬点火试验系统,对膨胀循环发动机进行了17次点火试验,试验结果与理论分析结果相符,验证了补燃点火假设。     

先进的膨胀燃烧室的设计和研制

本文讨论了推力为222.4kN、上面级膨胀循环发动机先进的膨胀燃烧室的设计和研制。由 Pratt-Whitney 液体空间推进公司完成研制任务,任务来源于美国空军研究实验室(AFRL)的合同要求,用于支持综合高收益火箭技术(IHPRPT)项目。先进的膨胀燃烧室的设计,可以增强冷却剂的换热效果,改善系统的推重比,增加比冲,提高可靠性。这些好处将通过设计、研制、高热流试验以及小型推力室在膨胀循环下承载9.51MPa 室压的能力而得以完成和验证。     

径流式涡轮在膨胀循环发动机氢涡轮泵中的应用

为满足膨胀循环液体火箭发动机高性能和高可靠的研制要求,在氢涡轮泵方案的选择上采用了径流式氢涡轮方案。通过一维热力和三维结构设计,初步验证了径流式氢涡轮应用可行性。借助于CFD分析软件,完成了该涡轮设计工况全三维粘性数值模拟,证明性能满足指标要求。通过强度优化设计和轴向力平衡两方面研究,突破了涡轮泵应用的两大技术难点。结合该涡轮介质试验及发动机热试车考核情况,得出径流式涡轮能够应用于膨胀循环发动机氢涡轮泵的结论。     

液体火箭发动机循环系统选择

未来航天运输任务要使用不仅性能好而且成本低、可靠性高、安全性好的液体火箭发动机。这就要求对液体火箭发动机的动力循环系统进行研究和选择。从世界范围看,现已定型的液体火箭发动机使用了三种循环,即燃气发生器循环、膨胀循环和分级燃烧循环。本文扼要地介绍了这三种动力循环,分析了它们的优缺点以及应用情况。     

核热火箭发动机系统循环方案分析与设计

核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点。我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究。核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计有重要意义。分析了3种可用于核热火箭发动机系统循环的方案特点,基于闭式膨胀循环设计了比冲为910 s ...     

液氧／烃助推发动机循环方案探讨

对膨胀循环、分级燃烧循环和发生器循环三种发动机动力循环方案进行了分析,并从推力为兆牛级的液氧/烃助推发动机的性能、结构质量、经济性和研制周期等方面,对分级燃烧循环和发生器循环进行了定量比较.     

基于发动机试车时序的某钝感点火器燃烧时间可靠性评估

针对新一代火箭上面级膨胀循环发动机使用的钝感点火器,为评估点火器的可靠性水平,通过点火器验收试验获取的强烈燃烧时间数据和膨胀循环发动机试车获取的起动加速性数据,利用假设检验的方法证明发动机建压时间S和点火器强烈燃烧时间r都呈正态分布状态,根据概率统计理论,其差r-s也为正态分布。采用应力-强度分布干涉理论,分析计算点火器基于发动机试车时序的点火可靠性为0.999 970。根据本文的分析和计算,认为验收的点火器发火性能可靠,能够保证发动机建压的可靠性,点火器强烈燃烧时间能满足发动机系统要求。