航天飞机固体发动机的性能改进

航天飞机固体火箭发动机经过性能改进,将会增加从东、西发射场发射的航天飞机的有效载荷。美国航宇局确定的目标是:1983年从东发射场发射的航天飞机的有效载荷要增加3,000磅;1986年从西发射场第四次发射的有效载荷要增加8,000磅。对固体火箭发动机的若干种性能改进方案进行了研究和评价,其具体内容涉及增加有效载荷的潜力、技术上要冒的风险、进度安排、成本以及对航天飞机系统性能的影响。研究结果表明,在现有工装、设备和对接面受控条件下,缩小喉径,增加喷管长度和出口直径,就可以使喷管膨胀比由7.16增至7.72,从而提高比冲。通过对发动机药柱抑制药型的简单改进,也可使发动机在前段工作期内产生更大的推力。这些改进可使航天飞机的有效载荷增加3,000磅。这些方案是聚硫橡胶公司华赛奇分公司在1980年10月提出的,1982年将进行全面验收试验。为满足西发射场第四次发射任务的要求准备了几种长期改进方案,包括采用纤维缠绕壳体、丁羟推进剂(HTPB)和进一步增加喷管膨胀比。纤维缠绕燃烧室方案最引人注意,增加有效载荷的潜力最大。根据1982年2月与航宇局签定的可行性研究合同,聚硫橡胶公司将对这一方案进行评价。另外,采用丁羟推进剂也可增加有效载荷。     

1984年美国固体火箭推进技术的成就

1984年美国在空间、战术、战略固体火箭推进技术方面有以下一些成就:航天飞机航天飞机的固体发动机,飞行性能仍然良好。发动机部件的回收、修复和重复使用,仍然达到了预期要求,有些部件已经飞行了三次。石墨纤维缠绕壳体的开发工作已取得相当大的进展。航天飞机固体助推器如使用这种壳体,可使从范登堡美国空军基地发射到低地球轨     

高性能战术导弹发动机的研制

根据空军火箭推进实验室的合同 F021611—78—C0061,已研制了一种固体燃料火箭发动机,用于空中发射高性能战术导弹。该发动机采用了凯夫拉纤维缠绕壳体,高固体含量的 HTPB 推进剂,直径为20.5英寸。它包括连接凯夫拉壳体的飞机发射吊耳连接器,塑料的火箭式点火器,EPDM 绝热层和含90%固体,其中22%铝粉的推进剂配方。到目前为止,已制造了五台壳体,其中两台为发动机。一台已进行了水压爆破试验,有两台以假发射/系留飞行加载的安装形式进行结构试验,两台用作发动机,并在环境温度和一65℉温度条件下成功地进行静态试验。低温发动机试验包括在燃烧初期和末期有两次感应冲击脉冲,以便试验弹道稳定性。发动机的性能极好,得到的比冲与予计的相同。全面鉴定了高固体含量 HTPB 推进剂(TP—H1203)在-65℉温度下的力学性能。对推进剂的松弛模量、双轴拉伸,高速/加压的单轴拉伸性能进行了测量;还对裙部剪切强度,人工脱粘的拉伸强度及绝热层/包复层/推进剂系统之间的模拟人工脱粘端面强度进行了测量。由于发动机和推进剂的实验成功,因此,研制计划扩大了。其中包括将壳体结构重新设计以便完全适合于系留飞行加载环境,并解决在结构加载试验中所发现的强度/刚性问题。这一新的工作将包括另外制造两台壳体,进行结构试验及实验室材料试验和缩比的结构评价等项目。石墨纤维将与凯夫拉为基的叠层片成为整体,使壳体结构足以承受局部超过37,000磅的径向载荷。     

1985年固体火箭的主要成就

1985年是固体火箭技术在航天应用方面非常活跃的又一个年份。莫顿—锡奥科尔公司进行了两次石墨纤维缠绕壳体发动机的地面试车,证明了这种发动机能把航天飞机的有效荷载能力提高4600磅。这种石墨纤维缠绕壳体是赫克力斯宇航公司制造的。它的最后鉴定试验是在9月份进行的。为了进行定于下一年的首次飞行,该发动机的所有各段已运抵加州的范登堡空军基地。在6月份,航天飞机创造了一项“第一”,当时,麦克唐纳—道格拉斯公司制造的有     

航天飞机的固体助推器

航天飞机每次飞行时用两个固体火箭助推器提供初始爬升推力,使航天飞机与它的有效载荷从发射台上升到约44公里的高度。发射前,整个航天飞机重量由两个助推器支撑。助推器由固体火箭发动机、支承桁架、推力向量控制系统、分离装置、回收系统、电器与仪表六个分系统组成,全长48.5米,直径3.7米。每个助推器的核心部份是发动机,它是迄今已飞行的最大的固体火箭发动机,而且首次设计成为重复使用的。发动机由11段焊接成四个装药段,装药段在制造厂就地浇注推进     

航天飞机固体火箭发动机设计评述

为航天飞机固体火箭发动机的研制制定设计条件是很必要的,这些设计条件具有三个新颖独特的特征: (1)固体推进系统首次用于载人宇宙飞行。 (2)航天飞机固体火箭发动机是当今最大的固体火箭发动机。 (3)固体推进系统首次设计成可回收修复并重复使用。这些新颖的特征规定了在航天飞机固体火箭发动机研制中,需要采用以往的成熟工艺及制造方法,保证可靠性是头等重要的。本文评述了航天飞机固体火箭发动机,从用于STS-1飞行的原设计到目前研制的新一代固体火箭发动机。这种新一代固体火箭发动机采用了石墨环氧纤维缠绕壳体。     

航天飞机高性能固体火箭发动机

序言固体火箭发动机(SRM)是航天飞机固体助推器的一个部件。SRM的结构包括四个发动机段和一个单独的后出口锥组件。点火系统安装在前段内,可动喷管和后段相连。航天飞机每次飞行需用两台固体助推器,所以固体发动机应配对生产,然后由铁路运到发射阵地进行垂直装配。喷管有一柔性接头,用钢和橡胶薄板交替粘结而成,可提供达8°摆角的全轴向量控制。其控制靠每个助推器后裙处的两个液压动力装置驱动两个液压作动筒。 SRM是由Morton Thiokol(莫顿—锡奥科尔)公司在犹它州的Wasatch分部按照NASA马歇尔飞行中心的合同设计、研制和生产的。STS—7及其以前的各次飞行所用     

铝基火箭发动机

美国某空军基地飞行动力实验室,对铝基复合材料做壳体的战术固体火箭发动机,进行试车,取得成功。发动机点火14秒钟,消耗推进剂1600磅。发动机外壳结构为增强纤维铝基复     

织女星火箭进行发动机点火试验

近日,Zefiro 9-A(Z9-A)发动机在位于意大利撒丁岛的试验场成功进行了首次点火试验,这是织女星火箭飞行鉴定试验前的最后第二次发动机点火试验。此次试验检验了弹道性能(压力及推力曲线)、内部热防护效率、推力矢量控制性能,以及传导热与动力环境发动机性能。Z9-A固体火箭发动机是织女星火箭的第三级发动机。发动机点火燃烧了120 s。结果验证了这种改进型发动机预期性能的提升,以及发动机喷嘴坚固性的改进。这种使用新喷嘴设计和优化推进剂加注方式的改进型发动机,完全符合织女星火箭第三级发动机的飞行特性,但为使发动机适应水平状态,使用了截平喷嘴。预计2009年2月,Z9-A发动机将进行第二次飞行鉴定试验,而火箭飞行鉴定试验计划将于2009年末进行。织女星火箭是一枚三级固体推进火箭,有一液体推进剂上面级,起飞质量137 t,能将1 500 kg有效载荷送入高度700 km的极轨,可用于发射各种科学和地球观测任务航天器。织女星小型火箭为4级火箭。其中有三级使用固体推进剂,一级使用液体推进剂。使用固体推进剂的分别为P80一级、Zefiro-23二级和Zefiro-9三级;使用液体推进剂的一级为AVUM。Z9-A发动机整体高...     

高性能空间发动机IPSM-Ⅱ

Morton Thiokol 公司经营的二期计划的提高性能的空间发动机—IPSM-Ⅱ采用了一系列的新技术:扁封头凯夫拉/环氧树脂壳体、90％固体含量的丁羟/奥克特金复合推进剂、头部满装药柱、片状点火系统、带有三维编织整体喉衬和入口段的球窝摆动喷管、带球形螺杆展开系统的可延伸出口锥和铌合金(C-103)气体展开裙,出口锥为二维C/C 制品。由于 IPSM-Ⅱ发动机采用了上述许多新技术,使它能比现行的惯性顶级发动机从航天飞机上多运载771kg 的有效载荷进入地球同步轨道,使有效载荷达到3100kg。     

“织女星”运载火箭将于2005年初次登场

欧空局(SEA)应用阿里安火箭技术正在研制“织女星”低地轨道卫星运载火箭，它是一种三级式全固体运载火箭，能把1 500kg的载荷送入800km轨道，将于2005年进行首次发射。该计划主承包商是菲亚特(Fiat Avio)公司和法国航宇公司，参与该计划的还有比利时、意大利、荷兰、瑞士等国家。 “织女星”火箭由三个固体级和一个液体上面级组成。第一级采用阿里安-5运载火箭的P80先进固体助推器，该发动机性能高、成本低，采用纤维缠绕壳体和柔性喷管。第二级采用菲亚特公司的Zefiro发动机，发动机壳体采用碳-环氧纤维缠绕而成，喷管采用碳-碳喉衬。该发动机已试验点火3次，最近的一次试验于2000年12月15日完成。第三级采用一台改进的Zefiro发动机，装填7t固体推进剂。上面级是一种使用可储存推进剂的姿态控制和微调发动机。 “织女星，，火箭将从改造过的阿里安1-3发射台、ELA1发射台发射。每年发射3～4次，最多达6次。该火箭发射1 000kg载荷的价格约2000万美元，比美国火箭的发射价格低15％。 (姚彦君提供)     

航天飞机纤维缠绕壳体的抗压强度研究:第一部分—试验

航天飞机起飞的瞬间,其主发动机的点火给予固体火箭助推发动机的纤维缠绕壳体一个很大的弯矩,使复合材料壳体的尾部受到了很大的压缩载荷。由于连接的需要,复合壳体尾部具有很复杂的设计,涉及到嵌入的布带和螺旋层减薄问题。为了研究发射瞬间加载状态下的纤维缠绕壳体性能,开始了试验和分析的综合研究。本文将叙述试验计划的研究结果,包括几台全尺寸和300多台缩比壳体的试验。该计划从短期研制工作开始,其目的是要确定适合的缩比试验样品,以便测定材料的抗压强度。一旦缩比样品确定之后,就开始实施更全面的试验计划来确定缠绕壳体的工艺和设计参数变化对强度的影响。为了验证分析预测的有效性,在模拟发射瞬间的弯曲状态中进行了全尺寸壳体试验。在所有的试验中特别注意观察壳体破坏的顺序,即载荷从螺旋层薄弱部位传递到坚固布带终止部位的复杂过程。     

提高航天飞机主发动机推力的研究

从设计上看,将洛克达因公司制造的航天飞机主发动机的推力水平提高30%是可以做到的。这一变化将使它的推力从目前的470,000磅(213吨)提高到611,000磅(277吨)。这样就可使航天飞机能运送更重的有效载荷,特别是从范登堡空军基地向极地轨道     

阿里安火箭提高性能计划——包括双星发射,捆绑固体助推火箭

欧洲空间局(ESA)提高阿里安火箭性能的计划包括一次发射多个有效载荷和捆绑固体火箭发动机,这类似于美国 NASA 的德尔它火箭系列。据 ESA 官员称,已初步批准五枚火箭用于初期的研制飞行,其后的火箭则用于实用性发射任务。直到头四次以上的研制飞行成功以后(预计那要到1980年底之前),增大推力的阿里安运载火箭才会成为现实。     

美国研制可延伸喷管的情况综述

要提高导弹的射程(或有效载荷重量),首先要提高发动机的性能。提高固体发动机性能一般从两方面着手:一是减轻结构重量,二是提高推力。二十多年来,美国在提高推力方面,一直很重视提高推进剂的比冲。推进剂比冲提高的曲线就像积分符号一     

惯性顶级发动机壳体研制

本文详细介绍了化学系统分公司(OSD)研制的惯性顶级(IUS)推进系统采用的63英寸和92英寸直径的凯夫拉/环氧纤维缠绕的火箭发动机壳体的设计和试验结果。IUS 要求发动机壳体结构性能超过大型复合材料发动机壳体当前的技术水平。尤其要求 SRM—1裙的结构承载超过凯夫拉/环氧裙当前水平的50%,压力容器的性能超过当前水平的35%。至今多次全尺寸爆破压力试验表明惯性顶级发动机壳体超过了当前技术水平的要求,壳体效率(PV/W)高达1.27×10~6英寸。SRM—1结构试验在压缩线载荷—3564磅/英寸和峰值为2298磅/英寸的剪切载荷联合作用下,超过当前技术水平48%,超过要求值的18%。     

1982年国外航天液体推进技术的成就

航天飞机的所有液体火箭推进系统性能优越,可称液体推进技术中的一项重大成就。在航天飞机试飞的同时,仍在继续研制以109%额定推力工作的主发动机。“挑战者”号轨道器应用的高性能主发动机已制成,它能使“挑战者”号比“哥伦比亚”号多携带10000磅有效载荷。     

1983年固体火箭的主要成就

航天飞机固体火箭助推器(SRB)技术的重大发展,通过空间运输系统五号(STS-5)的首次实用飞行,已经得到了验证。挑战者号(STS-6)首次飞行使用的固体火箭发动机,除了使用1981年哥伦比亚号首次发射回收后经过整修的点火系统和喷管部件外,采用了一种重量较轻的壳体。这是第一次使用以前飞行用过的壳体。过去几次飞行用过的壳体仅在地面试验中     

单室双推力固体火箭发动机的现状和动向

从单室双推力固体火箭发动机的应用、性能、推进剂、壳体材料、成型工艺、推力矢量控制等方面着手,讨论这种发动机的技术现状、应用情况和发展趋势,并同单室单推力发动机作了详细的对比.给出了国内外若干种主要单室双推力发动机的性能数据.今后发展动向:多数单室双推力发动机仍将以采用端羟基聚丁二烯推进剂为主;少烟无铝复合推进剂和微烟的硝胺类改性双基推进剂的应用将会有所增多;发动机壳体仍以采用超高强度钢为主;加快使用推力矢量控制装置.     

1981年美国固体火箭的进展

一、固体火箭航天飞机大型固体助推器飞行成功: 1981年固体火箭最突出的成就是4月份应用两个大型分段固体火箭发动机作为助推器的航天飞机首次飞行试验成功。助推器的直径约为3.66米、长38.1米、装药量为500吨、产生的推力为1225吨,为迄今飞行过的尺寸和推力最大的固体发动机,燃烧结束后,赛奥科尔公司