长征五号运载火箭动力系统总体技术分析

简要回顾长征五号运载火箭研制历程,结合国外运载火箭动力系统发展态势,系统梳理了长征五号运载火箭动力系统的设计准则和总体方案,详细介绍了与长征五号有关的新型大推力发动机、循环预冷、低温火箭POGO（液体运载火箭结构系统与动力系统动特性相互耦合而产生的纵向不稳定低频振动）抑制、高可靠增压输送、直径5m液氧/液氢模块动力系统试车、无人值守测试发射等一系列具有完全自主知识产权的动力系统关键技术。以长征五号运载火箭技术发展为牵引,提出了低温火箭发动机、全流程自动化测试发射、动力系统故障诊断、先进POGO抑制等技术发展建议,对火箭的长期停放及在轨的使用维护提出了改进建议。     

载人火箭信息传输网络系统设计及关键技术研究

载人火箭信息传输网络系统是为适应载人运载火箭远距离测试和发射控制而研制,系统采用热备份路由及重传验证信息传输方法,实现了高效、高可靠的地面信息交换平台。在系统框架设计及可靠性分析的基础上,对待发段故障诊断、流程指挥与射前监测等关键技术研究,实现了高可靠信息传输网络系统,系统已圆满完成载人航天工程任务。本技术成功应用优化了运载火箭信息传输与应用模式,提供了标准体系构架,对于后续运载火箭及航天器信息传输与应用的研制具有重要借鉴意义。     

新一代运载火箭电气系统体系架构的研究

对国内外运载火箭电气系统的现状进行了回顾,简要介绍了长征运载火箭电气系统近年来的发展,重点介绍了国外主流运载火箭的导航系统、总线体制以及冗余设计方案。随后分析了美欧新一代运载火箭在电气系统设计方案上的主要特点,重点对中国新一代中型运载火箭从总线体制、冗余体制、分布式控制、IMA设计等方面进行了讨论,这些方面可以看作这一时期火箭电气系统的主要特征;并且对比了中型运载火箭与Ares/SLS火箭在这些方面的区别。最后对我国未来重型运载火箭电气系统的发展提出了参考建议。     

火箭内装式机载发射运载能力分析

针对内装式机载发射运载火箭的分离方案,结合分离条件及某型号运载火箭,设计了火箭分离后的发射轨道,并研究了火箭的控制规律。分析和计算表明,所设计的发射轨道可满足卫星发射需求,所采取的控制规律切实可行,与地面发射相比,可大幅度提高运载火箭的发射能力。     

运载火箭动力冗余技术

概述了前苏联N-1火箭,美国土星系列,航天飞机以及法尔肯9运载火箭动力冗余应用情况,重点介绍了N-1火箭四次发射失利以及最终的事故原因,从现役运载火箭可靠性评估结果、运载火箭飞行故障统计结果和运载火箭动力冗余和非冗余可靠性的关系三个方面论证了动力冗余的必要性;提出了变推力方式和发动机贮备方式两种动力冗余方式,并分析了它们对运载火箭整体性能以及各系统的影响,最后梳理出实现动力冗余需要重点解决的关键技术。     

航天智能控制技术让运载火箭“会学习”

高可靠和智能化是未来智能航天器的主要特点,本文聚焦航天器高可靠、智能化的发展需求。梳理了中国运载火箭从无到有、从有到全的发展历程,提出了航天智能技术从航天器的可靠性做起,航天器的可靠性从航天智能控制做起,航天智能控制从"会学习"的火箭做起。围绕航天智能控制技术如何使运载火箭"会学习"的发展架构,进一步探索了"边飞边学"和"终身学习"智能控制技术的理论研究和应用现状,支撑中国"会学习"运载火箭高可靠和智能化的发展。     

50吨级氢氧火箭发动机的设计与研制

系统性地回顾了长征五号运载火箭芯一级50t级氢氧火箭发动机YF-77的设计与研制历程。通过分析氢氧发动机的特点以及国内外氢氧发动机的发展现状,阐述了国内新一代运载火箭研发的技术路线和50t级氢氧火箭发动机的研制背景;对50t级氢氧火箭发动机的总体技术方案及其特点进行了分析与总结,并在此基础上对发动机主要组件的技术方案及其特点开展分析;对发动机热试车情况、可靠性验证情况和故障排除情况进行了分析;对50t级氢氧火箭发动机的研制情况、技术特点进行了总结,并对国内氢氧发动机和液氧/甲烷发动机的发展进行了展望。     

重型运载火箭总体技术研究

重型运载火箭是一个国家进入空间能力的重要标志,也是国家综合实力的重要体现。结合世界上曾经研制过的重型运载火箭特点,对火箭的总体方案和总体技术进行研究。在总体方案中,首先分析了重型运载火箭的需求,然后根据需求选择重型运载火箭的构型和动力组成。在总体技术中,通过设计技术、制造技术和试验技术三个方向,研究了与重型运载火箭密切相关的POGO抑制技术、动特性获取技术、制造材料的选择、关键部件的制造技术以及动力系统试验和飞行验证等试验技术,并给出了适合我国国情的重型运载火箭发展路径。     

关于CYX-1、CDJ-1智能型液压元件试验台的研制

自增压油箱和压力继电器是导弹上应用的两个重要液压元件。每个元件产品出厂前均要经过进一步的磨合调试，然后经过多项测试，合格后方可出厂。由于要求严格，测试项目又比较多，因此非常需要一个智能型的试验台，来测试液压元件，保证它们的质量。为此，我所与上海应用技术学院等单位共同研制开发了一台智能型液压试验台，其内部结构采用计算机测控技术、电液比例控制技术。测试过程与生产工艺相结合，使用方便，提高了测试和调试效率，并且还提高了测试精度及可靠性。     

基于数字滤波器的减载加表信号处理设计

减载加表是运载火箭减载控制回路的敏感源，采用减载控制可以降低火箭在高空飞行时所受到的气动载荷，缓解箭体结构设计的压力，从而提升火箭运载能力。本文以减载加表为例，介绍了运载火箭用惯性敏感单机信号处理及频率控制方法，并结合试验对其效果进行了评估，其他敏感器单机可作为参照。     

国内外典型火箭运载能力变化分析

运载能力是火箭性能的关键指标,通过分析国内外几种典型火箭运载能力的变化情况,包括CZ-3A系列、阿里安5系列、航天飞机及猎鹰9号,梳理了火箭研制及飞行应用阶段提升运载能力的有效措施,包括增加推进剂加注量、箭体结构减重、发动机性能提升和总体优化设计等,可为我国新一代大型运载火箭研制及改进工作提供重要参考。     

常规运载火箭解决落区安全问题的方法

常规运载火箭在内陆发射场发射,落区在国内。火箭子级返回过程中存在空中解体或触地爆炸的可能性,落区安全性问题比较突出。常规运载火箭短时间内无法实现重复使用的目标,为解决落区安全性问题,在火箭不需做较大改进的情况下,采用将推进剂空中排放或者发动机空中再次点火将剩余推进剂燃尽措施,降低火箭子级落地速度并解决子级触地爆炸的问题;同时采用栅格舵控制子级落点,将落区范围缩小,提高常规运载火箭发射落区安全性。     

飞行器空基发射运载火箭技术研究

介绍了国外飞行器空基发射运载火箭的现状;与陆基相比,飞行器空基发射运载火箭有许多独特的优势;对飞行器空基发射运载火箭的技术及其难点进行了梳理,最后分析了飞行器空基发射运载火箭的力学问题。     

固体火箭发动机试验架性能试验方法

在总结固体火箭发动机试验架的设计、性能试验与使用的基础上，介绍了试验架的静态性能及动态性能试验系统的组成、技术要求、操作程序和数据处理方法。作为非标准机械设备的试验架，是固体火箭发机静止试验中推力测试的主要误差源，控制这一环节，为提高固体火箭发机推力测试的准确性提供了保证。     

工业

“猎户座”宇宙飞船发射升空 12月5日，美国新一代“猎户座”飞船在卡纳维拉尔角航天中心由德尔塔Ⅳ重型火箭发射升空，执行首次无人测试飞行任务。德尔塔Ⅳ重型火箭是目前推力最强劲的运载火箭之一，美国航空航天局（NASA）也正在研发专用于“猎户座”飞船的新型大推力火箭。     

国外氢氧火箭发动机的发展状况

本文全面地介绍了国外研制氢氧火筋发动机的发展概况。分别叙述了美国、法国和西欧、以及日本在氢氧火箭发动机技术上的发展历史,目前状况和今后的发展方向。从中可以看出,当今的氢氧推进技术是液体火箭推进技术中的一项极其重要的技术,是液体推进技术在运载火箭和航天飞行应用中的发展方向。     

稳健前进客观分析中国航天工业

记者(以下简称记):关于我国的运载火箭,有很多评论。有人认为,我们的火箭在发射重量上和西方的运载火箭还有一定的差距;也有人认为,我们的火箭有很高的发射成功率,在世界处于领先地位。那么,究竟哪些方面可以真正代表一个国家的运载火箭水平?我国的运载火箭究竟处于什么位置?     

新机纵横

俄罗斯成功试射可回收火箭助推器 俄罗斯首次成功地试射了一枚携有可回收式火箭助推器和模拟卫星的“联盟”号运载火箭，助推器与模拟卫星均安全返回地面。俄航空航天局发布的消息说，发射试验是在拜科努尔航天中心进行的。配有新型火箭助推器“弗雷加特”的运载火箭“联盟”号于当天莫斯科时间２时２０分发射升空，将一颗模拟卫星送入远地点６００公里、近地点１５０公里的椭圆形预定轨道。模拟卫星与火箭助推器绕地飞行５圈后于莫斯科时间今天１０时５７分返回地面并实现软着陆。“弗雷加特”作为运载火箭的前部与卫星直接相连。这种新型…     

国外大型贮箱结构研制现状及展望

梳理了国外大型运载火箭贮箱结构的形式,指出了随着运载火箭运载能力要求的不断提高,运载火箭贮箱结构正向着大型化、系列化、组合化发展方向,贮箱结构设计与先进轻质材料、先进制造技术更加紧密结合,共同推动着结构轻质、高效目标的实现.     

火箭子级垂直回收布局气动特性及发动机喷管影响

垂直回收可重复使用运载火箭是运载火箭发展的一个重要方向,大长细比的火箭子级垂直再入过程属于典型的非规则钝头体绕流,与传统低阻力流线体飞行器气动特性差异较大。采用风洞试验辅以数值仿真分析的方法,对基于栅格舵的火箭子级垂直回收构型基本气动特性和非规则钝头体绕流情况进行了研究,获得了发动机外露喷管和栅格舵对火箭子级垂直回收气动特性的影响规律,给出了火箭子级垂直回收布局设计建议。结果表明：火箭子级倒飞状态下肩部区域会在小迎角下产生大分离流动,外露发动机喷管左右两侧诱导出较强的分离涡结构,与火箭尾翼、肩部大分离流动相互作用;垂直回收构型在超声速下阻力会一直处于较高的水平,不同马赫数下压心移动量较大,倒飞时发动机外露喷管会产生较大的干扰静不稳定力矩,其量值与栅格舵提供的静稳定控制力矩基本相当,在火箭子级垂直回收方案设计时需要引起注意。