猎鹰火箭发动机设计特点

<正>提起Space X公司的火箭发动机,就不得不提到一个人——汤姆·米勒(Tom Mueller),Space X公司副总裁,推进技术总负责人。汤姆·米勒曾经在美国TRW公司参与了15年的液体火箭发动机研发工作,是TRW公司推进与燃烧部门负责人,而TRW公司的独门秘笈就是——针栓式喷注器火箭发动机。TRW公司从1960年代起,就一直专注于针栓式喷注器发动机的研     

液体火箭发动机试验推力自动校准加载系统的研制

液体火箭发动机推力是火箭发动机关键的性能参数,在发动机研制试验过程中推力测量是十分重要的。推力校准是推力测量中一项重要的环节,而校准加载系统又是力值传递的基础。介绍了推力校准加载系统的组成、工作原理,提出了推力校准自动加载系统研制的关键技术要点,并分析了攻克要点的技术途径。经试验验证,该加载系统可对0t～100t推力进行自动校准,校准加载稳定度为0.001%,提高了推力校准的效率和准确度。     

固体远地点发动机的总体设计要求

地球同步卫星内部,都装有将卫星最后送入地球同步轨道的远地点发动机(以下简称发动机).该发动机有固体火箭和液体火箭两类,目前各国地球同步卫星所使用的发动机绝大多数都是固体火箭发动机. 本文将讨论同步卫星对国体发动机的总体设计要求,其中最主要的要求是速度增量,其次是外形尺寸和对接设计、推力值和推力偏斜、质量特性、力学环境以及热真空环境等.     

液体火箭发动机自锁定机电伺服机构

针对我国新一代运载火箭"长征八号"批量生产和"三平"敏捷发射的需求,提出了大推力液体火箭发动机自锁定机电伺服机构方案.采用自锁定模块,设计了紧凑的串联式模块化机电作动器结构和谐振抑制控制策略,并进行了试验研究.结果表明,该方案可满足长时间水平运输零位锁定需求,具备重力力矩下长时水平测试能力,可抑制液体发动机的低频谐振,...     

氢氧火箭发动机高空模拟试验推力测量装置研制

为了保证氢氧火箭发动机高空环境下推力测量的准确性,针对氢氧发动机高空模拟试验的特点,结合推力测量装置的原理和实际布局的需求,开展了低温及真空环境影响下的推力测量装置结构设计研究。解决了小弹阻力的弹簧片设计技术、校准力与发动机推力轴线一致的控制技术、校准传力机构由动到静真空舱密封的实现技术以及管路约束力对推力测量影响的控制技术等难点,成功研制了一套推力测量装置,应用于某型火箭发动机试验中取得了较好的效果。     

干扰因素对液体火箭发动机性能的影响

给出并改进了描述液体火箭发动机稳态工况的非线性数学模型；用修正的Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ法求解各性能参数，分析了每个干扰因素分别对液体火箭发动机参数的影响，用非线性模型和小偏差方法对比分析了两个干扰因素分别和共同对发动机参数的影响；所得结论可用于发动机试验结果分析、发动机可靠性分析、发动机故障分析，也可用于揭示发动机参数随各种干扰因素的变化规律     

52台发动机推动神舟五号游太空

与汽车和飞机都靠发动机的推力前进一样,神舟飞船在太空中运行也是靠发动机推动的。所不同的是汽车和飞机上的发动机是依靠油料与空气中的氧气混合燃烧,产生气体推力,因此,它们都离不开空气中的氧气。而飞船上的发动机是液体火箭发动机,在没有氧气的太空中飞行,因此,飞船发动机在工作时不需要空气中的氧气,是由一种称作氧化剂的含氧液体提供燃料燃烧所需的氧,或者直接由燃料催化分解产生气体,燃烧气体和分解气体通过喷管喷出产生推力,使飞船能够在没有空气的太空中也能飞行。     

火箭发动机推力试验装置应用范围研究

提出并研究火箭发动机推力试验装置应用范围扩大问题,即推力试验装置如何适用于推力远远小于试验装置额定负荷能力的发动机的推力试验。指出并研究了其中关键技术问题,包括试验装置机械结构与发动机的安装与配合、减小测力误差和原位校准的实现。建立了有关力学模型,分析了测力误差产生原因,并提出和论证了解决措施。研究结果表明,通过合理的设计,火箭发动机推力试验装置基本上可以用于推力小于试验装置额定负荷的任何规格的发动机的推力试验。     

液体火箭发动机后效冲量的测量方法

本文叙述在地面条件下试验液体火箭发动机时,通过测量发动机后效段推力与测量发动机燃烧室压力两种方法来求得模拟高空后效冲量,并对这两种方法作简单评论。     

卡尔曼平滑在动态推力测量中的应用

首次将卡尔曼平滑应用于固体火箭发动机地面热试车时的动态推力测量,提供了一个便于工程应用且有较高精度的动态推力测量的新方法。根据固体火箭发动机理论推导出推力的动态模型;研究噪声方差和初始条件的确定方法及估计的稳定性、敛散性。继而进行了数学仿真实验,并对实际发动机推力采样数据进行了处理。分析与处理结果表明:卡尔曼平滑应用于动态推力测量是行之有效的。     

液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术研究

研究了液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术,介绍了取得的主要研究成果,内容包括:试车结果统计与故障特性分析、故障模式与影响分析、故障数据库的设计与实现、状态分类与特征分析等.此外也介绍了基于人工神经网络理论的动态过程监测与诊断算法、基于时序分析的稳态过程监测与诊断算法和基于频谱方法的事后故障分析与诊断等故障监测与诊断算法.最后,介绍了所研制的工程应用系统,并给出了具体的故障监测与诊断实例.      

液体推进剂空间发动机系统对质心漂移的影响

研究了挤压式液体推进剂空间发动机系统布局对空间飞行器质心漂移的影响，提出了质心漂移的计算模型，得到了对发动机系统布局有指导作用的结论。     

进气旋流对推力喷管性影响的研究

介绍了模拟近代大涵道比发动机排气状况的旋流模型,和在喷管落压比1.2到6.5范围内,进气旋流对轴对称喷管,矩形收-扩喷管,楔形二元喷管,和单边膨胀斜板形喷管等性能和射流流态影响等的一些实验结果。实验数据指出:进气旋流可使喷管出口射流柱中的旋涡加强,射流与外界气流间的混合区扩大,中心核心流区缩小,但它对轴对称喷管出口流态的影响很小。进气旋流同时对喷管推力系数和流量系数均起不利影响,增大进气旋流角度会使喷管推力系数和流量都下降,特别是当旋流角超过某一“临界”值后二者降低很急剧,并且二元喷管降低的程度比轴对称喷管更严重,因之在具体应用情况中,保留多大发动机的旋流,要针对具体情况综合考虑各种因素来选定。     

小卫星三轴稳定模式下的有限推力轨道转移

由搭载方式发射的小卫星,通常需要变轨才能进入自己的工作轨道。这种变轨一般由小推力发动机执行,传统的冲量变轨方法存在较大局限性。文章研究了在小推力作用下,小卫星由椭圆停泊轨道进入共面圆工作轨道的点火信息求解方法;给出对地定向三轴稳定模式下和俯仰角偏置三轴稳定模式下的变轨控制仿真结果;提供了对任务设计有参考价值的结论。     

微重力环境下半球形贮箱液体重定位试验研究

本文利用落塔形成的微重力环境,对半球形贮箱中液体重定位问题进行了试验研究。所用液体与半球形箱壁之间的接触角为零并在加载前形成了失重初始凹液面.本试验分侧向不加干扰及加干扰两种初始条件.通过高速摄影机观察了液体重定位的全过程并测量了重定位流速和重定位时间。试验结果表明,液体重定位呈壁流流型.实测重定位时间与理论估算值一致.      

多级航天器在有限推力情况下的最优变轨问题探讨

与航天运载器类似,航天器也可以有单级与多级之分。一个多级航天器是由几个具有动力装置的航天器经串联而成的组合体。本文研究这类航天器的最优变轨问题。多级航天器在有限推力情况下的最优变轨问题,实质上属于多级最优控制问题。本文应用多级最优控制问题的求解原理,讨论有限推力情况下,两级航天器在两共面圆轨道之间的两类最优转移问题,给出了确定最优推力程序和最优转移轨迹的定解方程和定解条件,特别考察了级间分离时刻应满足的条件。本文给出的原理同样适用于非圆形、非共面轨道之间的最优转移问题。     

连续常值推力机动分析与应用

连续常值推力机动是空间飞行常用的轨道机动方式。其中,小推力适合于地球轨道航天器交会机动,而切向或周向推力以及较大的正径向推力可用于脱离地球引力场的逃逸飞行,执行星际交会使命。应用常推力作用下的质心运动方程,对机动推力的量值没有限制;在航天器交会应用中,对相对距离也无要求。这种方法可直接获得向径、轨道速度等参数随时间或极角(绕地心的转动角)的变化,便于分析轨道转移与逃逸运动,有助于飞行使命与运动轨迹的设计。特别是,若机动转移的初轨为圆轨道,在推力较小、飞行时间不长的情况下,应用量纲1形式的运动方程,可获得具有工程应用价值的近似解。     

Thrusting maneuver control of a small spacecraft via only gimbaled-thruster scheme

The thrust vector control (TVC) scheme is a powerful method in spacecraft attitude control. Since the control of a small spacecraft is being studied here, a solid rocket motor (SRM) should be used instead of a liquid propellant motor. Among the TVC methods, gimbaled-TVC as an efficient method is employed in this paper. The spacecraft structure is composed of a body and a gimbaled-SRM where common attitude control systems such as reaction control system (RCS) and spin-stabilization are not presented. A nonlinear two-body model is considered for the characterization of the gimbaled-thruster spacecraft where, the only control input is provided by a gimbal actuator. The attitude of the spacecraft is affected by a large exogenous disturbance torque which is generated by a thrust vector misalignment from the center of mass (C.M). A linear control law is designed to stabilize the spacecraft attitude while rejecting the mentioned disturbance torque. A semi-analytical formulation of the region of attraction (RoA) is developed to ensure the local stability and fast convergence of the nonlinear closed-loop system. Simulation results of the 3D maneuvers are included to show the applicability of this method for use in a small spacecraft.     

燃气发生器身部多学科设计优化

为了探索液体火箭发动机多学科设计优化的一般方法,以液体火箭发动机燃气发生器身部为研究对象,在对其进行面向设计的多学科分析的基础上,建立了燃气发生器身部的多学科优化模型,涉及流动、传热、结构强度3个相互耦合的学科.引入了一种新的多目标方法——物理规划方法处理其中的多目标优化问题,通过类别函数将设计者的偏好转化为优化目标,避免了对各个不同大小和量纲的分目标之间重要性的比较和权衡.优化结果显示,利用多学科设计优化减轻了燃气发生器的质量,改善了原有设计,能够提高发动机的设计水平.