双燃料单级入轨火箭的性能优化

在LOX/RP—1和LOX/LH2发动机并行使用的单级入轨火箭中,运用最优控制理论使得火箭性能达到最佳。出于简单性和本文只进行理论特性研究方面的理由,对火箭的运动分析没有考虑引力和气动力的影响,文中假定贮箱质量按推进剂总加注量比例计算。对于给定的有效载荷和速度增量来说,最优控制的目标是运载器总质量或干质量最小。分析结果给出了发动机混合比的最优值和烃发动机的最佳关机时间。结果证明:在起飞时,采用烃发动机可以使运载器系统干质量最小;然而,在总质量最小的情形下,运载器仅需要最高的速度增量。文中也考虑了发动机推力水平和质量大小对火箭性能的影响。     

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。     

一种基于现有发动机的数值分析方法在液体火箭发动机设计过程中的应用

本文采用多元回归技术对历史上的和目前正在使用的液体火箭发动机求出拟合方程组。发动机的通用方程组仅能用来估计发动机的结构尺寸、干质量、燃科和氧化剂质量流量,以及涡轮泵需要的扬程功率。而本文得到的方程仅需以所要求的发动机推力和推进剂种类作为输入条件,就可以求得新发动机设计的初步近似结果.以现有的发动机为基础建立的设计方程,估计误差大约为±10～20%.本文不仅讨论了数据拟合技术,而且列举了现有的14种液体火箭发动机的30个设计参数.     

单级入轨推进系统试验优化与分析

以单级入轨运载器干质量最小为目标，采用响应表面法对两种三组元推进系统部分设计参数进行了优化和分析。优化结果表明，对于单燃烧室三组元发动机，其第一工作模式液氢质量分数越低越好。对于双燃料双膨胀发动机，其内外燃烧室压力都不宜取得过高，且第一工作模式氢氧推力百分比越低越好。     

俄罗斯三组元发动机在单级入轨(SSTO)中的应用

本文研究了RD-704三组元发动机在SSTO中的应用问题,对固定位置喷管和双位置喷管发动机进行了分析。使用POST(弹道优化计算软件)进行了弹道优化设计,并采用CONSIZ(质量尺寸软件包)确定了火箭的尺寸。数据分析结果表明,当模式1中氢流量占总流量的6％,模式2中膨胀比分别取为70和115,混合比取为6时,采用双位置喷管发动机的火箭干质量最小。尽管如此,采用最佳设计的双位置喷管的火箭干质量仍比采用固定位置喷管时为大。     

三维模型质量检查系统的研究与实践

随着MBD技术的应用,三维模型成为产品信息表达的唯一源头、设计制造信息传递的唯一载体、生产制造的唯一依据,其质量日益重要。针对液体火箭发动机三维模型质量人工检查存在的问题,依据发动机设计、工艺、制造规范以及CAD/CAM数据质量检查方面的标准,研究并开发了三维模型质量检查系统,并在液体火箭发动机研制过程中进行了应用,实现了三维模型质量的高效、快速检查,减少由于三维模型质量问题引起的设计反复,促进了发动机三维模型设计质量的提升,确保三维模型满足后续智能制造要求,缩短产品的研制周期。     

TRW公司的超低成本液氧/液氢助推液体火箭发动机

TRW 公司已经设计、制造并准备测试一台海平面推力为2.89MN 的液氧/液氢火箭发动机.这台发动机的设计给出这样一个启示:对于大型助推火箭发动机,可以通过少量地降低发动机性能而使其制造成本大幅度降低.这种超低成本的助推液体火箭发动机具有极强的生命力。这台泵压式发动机设计的特点是室压低(4.83MPa),从而使发动机主要部件(包括燃烧室、涡轮和供应系统)的成本比高室压设计低得多。这台发动机综合了 TRW 公司论证的针栓式(针阀式)喷注器设计、加衬烧蚀燃烧室/喷管和低成本箔轴承涡轮泵,它们都大幅度地减小了发动机的部件数量、制造成本和试验成本。本文介绍了这台发动机的设计、制造和工作特点,并着重强调了它能大幅度降低发动机制造和试验成本的独有特点。本文还描述了 TRW 公司 Readondo Beach,CA 工厂从计划开始,在不到12个月的时间内设计、制造并组装成功的全尺寸试验样机。     

泵压式氢/氧液体火箭发动机质量分析

在文献资料研究的基础上,根据泵压式氢/氧液体火箭发动机的实际特点,考虑发动机性能参数及结构尺寸等影响因素,利用理论推导、统计学及面密度等方法建立发动机质量模型。通过对SSME、RD-0120等8台氢/氧发动机质量的计算,验证了质量模型的合理性。为发动机在系统方案论证时,其质量、性能等参数的估算和优化奠定了基础。     

QFD技术在固体火箭发动机设计中的应用

为实现面向产品全生命周期的设计质量控制,有效支持面向产品全生命周期设计开发,采用QFD技术建立了固体火箭发动机的设计质量控制方法．该方法可以有效建立和确定产品总体设计方案,使固体火箭发动机产品能真正地满足用户需求,提高产品的可靠性和适应性,减少后期设计更改,缩短研发周期,最终提高产品市场竞争力。     

一、固体发动机 1.总体

固体火箭发动机的初步设计与优化/王铮/1983(1),33～40 固体火箭发动机的初步设计与优化方法很多,视要求而异.本文讨论在使用固体火箭发动机的总体部门给定总冲、工作时间(或推力——时间曲线)和外形尺寸前提下,如何进行初步设计和优化,从而得到一个满足总体要求的质量最轻的发动机。固体火箭发动机发动机设计优化设计     

某型导弹固体发动机喷管防水板结构优化设计

用人工神经网络算法,对某型导弹固体火箭发动机喷管防水板结构的5个参数进行了研究。模拟得到了防水板在中心受到150 mm、大小为10 t压头的最差工况下的变形与应变,并与试验对比验证数值模拟的正确性。以防水板最大主应力和最小质量为目标函数,获得了目标函数随设计变量的曲线关系,并对参数进行了灵敏度分析。优化能有效减轻防水板质量,较传统设计方法使其质量下降了45.95%,优化结果可指导发动机防水板结构的优化设计。     

基于能量法的超声速飞航导弹/冲压发动机一体化研究

参考飞机/发动机一体化设计的思路,建立了基于能量法的超声速飞航导弹/冲压发动机一体化设计的约束分析和任务分析模型.简述了超声速飞航导弹任务剖面、约束条件的给定、导弹的质量组成以及冲压发动机安装模型.利用高超声速飞行器的升阻特性,对超声速飞航导弹的升阻特性进行了预测.分析了冲压发动机性能、导弹升阻比对导弹发射总重的影响.约束分析和任务分析的计算结果表明,所建立的一体化约束分析与任务分析模型是合理可行的.     

先进火力支援系统/SPATR发动机一体化设计——约束分析与任务分析

通过导弹/发动机一体化设计的计算,验证了SPATR发动机在先进火力支援系统(AFSS-Advanced Fire Support System)中的可用性.利用飞航导弹/涡扇发动机一体化设计思路,建立了AFSS/SPATR发动机一体化设计的约束分析和任务分析模型,并给出了算例和分析.简述了AFSS任务剖面和约束条件的给...     

10吨级高性能膨胀循环发动机的设计研究

本文讨论了10吨级高性能膨胀循环发动机的设计研究,采用的室压超出了目前的钢管极限,以便在给定的钟形喷管设计和发动机长度下改善发动机的比冲性能。发动机的基础推力为100kN,可扩展到150kN。发动机最大长度2.4m,最大质量275kg,最小比冲为4512.6m/s。结果发现采用现有技术或稍加改进就可以实现100kN 的发动机,而150kN 的增强型发动机则需要能提高推进剂热性能的新燃烧室技术.为达到这一目的,Dasa正在实施先进的膨胀燃烧室技术计划。采用可延伸喷管可得到大约68.7m/s 的比冲增量,但以增加重量为代价。对阿里安5增强型低温上面级发动机,要求发动机推力150kN,调节能力为30%。本研究以此作为推力室性能优化的基础,并提前设计了这一新型欧洲上面级发动机。     

MX导弹第一级发动机

MX导弹第一级发动机在系统论证阶段后,现在正进入研制阶段。其设计原则是选择能使性能、成本和进度三者之间得到平衡的技术。由于MX导弹第一级发动机是为弹道导弹研制的迄今最大的固体动力装置,因而其设计具有普遍意义。     

四院设计部举办固体火箭发动机规范化设计培训班

规范化设计是充分利用已被固化下来的成熟的设计技术,约束设计的随意性,同时也吸收国内外先进技术,通过实践不断完善设计规范的整个过程。为使近几年参加工作的设计人员较全面了解固体火箭发动机的设计内容和方法,了解设计规范以及设计文件编制标准化要求,提高设计质量,2004年2月25日至27日,院设计部举办了的“固体火箭发动机规范化设计培训班”。有40多人参加了本次培训。此次培训的主要内容包括发动机总体设计、装药设计、壳体设计、喷管设计、点火装置设计和设计文件编制标准化要求等6个方面。按照固体火箭发动机设计要求,各专业分别从设…     

一种基于聚类分析的液体火箭发动机稳态过程故障诊断方法

液体火箭发动机故障诊断技术是提高液体火箭可靠性的重要手段,基于数据分析的发动机故障诊断方法是其未来重要发展方向。本文通过分析液体火箭发动机稳态过程仿真数据,提出了一种使用发动机稳态过程正常状况/故障状况数据类来实施故障诊断的方法。利用液体火箭发动机稳态过程正常状况/故障状况的仿真数据,对这一方法的正确性进行了初步分析。仿真分析结果表明,这一方法有效实用,其故障诊断效果取决于所使用的发动机正常状况/故障状况数据类的完备程度与数据质量。本文研究为液体火箭发动机稳态过程故障诊断提供了新途径,对推动液体火箭发动机故障诊断技术发展具有一定意义。     

MDO关键问题及其在液氧/煤油发动机设计中的应用探讨

多学科设计优化是一种通过充分探索和利用系统的相互作用机制来设计复杂系统及其子系统的方法论,是当前复杂系统工程设计中最活跃的研究领域.大推力液氧/煤油补燃循环发动机设计的多学科本质属性给传统的设计方法带来了新的挑战,在分析液氧/煤油发动机设计的多学科特征基础上,重点讨论了在液氧/煤油发动机设计中应用MDO技术的关键问题,综述了国内外相关领域的研究进展,阐明了在大推力液氧/煤油补燃循环发动机设计中应用MDO的前景.     

金属/水反应冲压发动机三维内流场数值模拟

采用颗粒轨道模型进行了燃气发生器式金属/水反应冲压发动机补燃室两相流的数值模拟,建立了水冲压发动机补燃室反应流模型,并对某发动机进行了模拟,研究了一次进水时不同喷注位置和喷孔个数对铝颗粒燃烧效率和发动机性能的影响规律,得出了反应物和产物组分、温度等发动机参数的变化趋势。结果表明,存在使发动机性能达到较优的进水位置,一次进水以2孔对称分布为宜。模拟结果可为发动机设计提供参考。     

主动式活塞凝胶流量标准装置的建立

凝胶推进剂是一种非牛顿粘弹性流体,具有粘度高、压力触变性等特点,在发动机实际试车中采用了科氏力质量流量计对凝胶推进剂在实际管路中的流量进行测量。西安航天计量测试研究所结合凝胶推进剂本身的压力触变特性,对凝胶流量计的校准进行了深入地研究。基于主动式活塞液体流量标准装置的结构,通过增设加压/泄压装置,加装在线密度计,设计了一套针对火箭发动机凝胶流量计的标准装置。该装置可以充分模拟凝胶流量计的实际使用工况,实现凝胶流量计的实流模拟校准,进而提高了瞬态流量的测量准确度。本套凝胶流量标准装置具有流量稳定、重复性好及测量范围大等特点,其质量流量测量范围为19.44~3 611 g/s,完全满足我国航天发动机在实际热试车和高空模拟试车中对凝胶推进剂质量流量测量的要求。