阿里安-5的上面级发动机

欧洲阿里安-5运载火箭的上面级和使神号航天飞机的推进装置将使用一种真空推力为27.5千牛的发动机,这种压力输送式发动机的预研工作已经结束。热试车表明,用于喷注可贮推进剂的共轴喷注器在性能、燃烧稳定性以及热相容性等方面都能达到设计要求。本文介绍了这种发动机的性能、结构设计和试验等情况。     

上面级动力系统发动机热控设计及验证

针对上面级动力系统发动机温度需求,设计了发动机热控方案,建立了25、5 000 N发动机热仿真模型,确定了各发动机加热功率及被动包覆方式,解决了加热器尺寸小、电阻值密度大以及热控组件安装方式难等问题,上面级发动机随整箭进行了热试验验证和飞行试验验证。验证结果表明:25 N发动机法兰和5 000 N发动机壳体温度均在5 ℃以上,发动机温度水平和加热功耗均满足系统要求,验证了热控设计的有效性,可为类似发动机热控研制提供一定参考。     

推力室响应特性模拟试验研究

液体火箭发动机推力室响应特性包括起动加速性及关机减速性,这些都是考核发动机性能的指标,其通常结合发动机的热试车进行测量.本文提出了一种间接测量推力室响应时间的方法,即通过测量发动机相关部件的充填时间等参数估算推力室响应特性,然后对该方法的误差进行了分析.文中还介绍了具体的试验方案和试验结果,讨论了本方法的应用效果和发展前景.     

发动机喷流干扰对底部热环境影响研究

发动机底部热环境的准确预示是小型运载火箭研制的关键环节。为提升对小型运载器底部热环境的认识,开展了发动机喷流干扰对底部对流加热影响的研究。首先,采用计算流体力学方法,开展了发动机喷流流动的数值计算研究,分析了飞行高度、发动机开关机、飞行攻角对底部对流加热的影响;然后,从流动机理出发,提出了一种降低底部对流加热的外形优化方法;最后,根据飞行试验测量结果,讨论了底部加热的主要来源。     

液氧煤油发动机地面试车故障监控系统研制

为了降低试车中发动机故障对产品和试车台造成的危害,提高安全性,设计了液氧煤油高压补燃发动机地面试车故障监控系统。主要介绍了系统总体实施方案、检测算法及验证情况。多次实际热试车考核和对大量热试车数据的验证表明,该系统未出现一次误报警,能够比指挥员提前检测到故障,系统简单可靠,易于实现,经济性好,对实现地面试车、箭载发动机故障检测和报警具有工程应用价值。     

铌铪喷管延伸段激光点焊工艺研究

通过研究δ_1=1+1 mm和δ_2=1+0.7 mm两种厚度组合的Nb Hf10-1铌铪合金搭接结构圆形轨迹运动方式激光点焊焊缝熔深与焊接速度、焊缝熔深与焊接功率以及焊缝抗剪力/热输入量与试验序号之间的关系,得到了激光点焊工艺规范,安装有采用该工艺规范焊接完成的Nb Hf10-1铌铪合金喷管延伸段的发动机通过了高模试车考核。     

新一代火箭三级电动伺服系统热试车成功

近日,上海航天技术研究院803所研制的新一代运载火箭三级电动伺服系统参加了试样阶段的首次发动机摇摆热试车。     

固液捆绑火箭发动机健康诊断技术

为使固液捆绑运载火箭发射更具有可靠性和安全性,本文首次提出了一种基于三冗余架构的芯级液体发动机健康诊断系统。在芯级液体发动机点火后,由箭上健康诊断系统根据红线算法对发动机状态进行诊断,确认液体发动机状态正常后再进行固体发动机点火。通过地面发动机试车及飞行试验考核,结果表明:该发动机健康诊断系统设计正确,能够及时有效地检测液体发动机工作状态,且未发生误警报或漏警报。     

超声速燃烧地面试验的蓄热式加热器及其关键技术

为了模拟飞行状态下进入超燃冲压发动机燃烧室的高焓空气,在地面模拟试验中需要对空气加热,可再生蓄热式加热器是一种能提供相对纯净高焓空气的试验设备。介绍了蓄热式加热器的工作原理与特点,分析了关键技术。结果表明,蓄热式加热器具有加热空气总温高、流量大和相对纯净的优点,是我国超燃冲压发动机地面试验的发展趋势,但蓄热阵材料、加热器结构、超高温阀和大范围调节预热燃烧器等是关键技术,有待进一步研究和攻关。     

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。     

C/SiC复合材料在高能HAN发动机上应用研究

针对高能硝酸羟胺(HAN)发动机特点,联合国防科技大学与贵研铂业股份有限公司研发了新型C/SiC复合材料身部,并进行地面试验。试验结果表明,C/SiC复合材料身部结构完好,表面HfO_2基环障涂层较完整,未出现显著开裂、剥落,涂层效果明显,保证了HAN单元发动机工作寿命。本研究为C/SiC身部在HAN单元发动机上工程化应用提供参考。     

小推力单元肼推力器温度场数值分析 (I)实验验证和保温套筒对温度场影响探析

建立了某小推力单组元肼推力器的全仿真传热数学模型,应用有限元分析方法对长程工作的不带套筒推力器瞬态温度场进行了热分析计算,并与试车温度数据进行了比较,数值计算结果与实验结果吻合良好,证明所用软件建立的模型合理。对增加套筒后的推力器进行了仿真模拟,结果表明,推力器脉冲长程工作后,单层套筒点焊于法兰盘上时集液腔温度较高,双层套筒时集液腔温度最高,均对法兰盘集液腔及电磁阀产生高温不利影响,推荐使用点焊在热控环上的热控方式;推力器温启动时,单、双层套筒保温效果相差不大,推荐使用单层套筒点焊于热控环上的热控方式。     

小推力单元肼推力器温度场数值分析 （I）实验验证和保温套筒对温度场影响探析

建立了某小推力单组元肼推力器的全仿真传热数学模型，应用有限元分析方法对长程工作的不带套筒推力器瞬态温度场进行了热分析计算，并与试车温度数据进行了比较，数值计算结果与实验结果吻合良好，证明所用软件建立的模型合理。对增加套筒后的推力器进行了仿真模拟，结果表明，推力器脉冲长程工作后，单层套筒点焊于法兰盘上时集液腔温度较高，双层套筒时集液腔温度最高，均对法兰盘集液腔及电磁阀产生高温不利影响，推荐使用点焊在热控环上的热控方式；推力器温启动时，单、双层套筒保温效果相差不大，推荐使用单层套筒点焊于热控环上的热控方式。     

载人登月运载火箭总体方案研究

介绍了国外重型运载火箭方案技术特点和性能,对我国新一代运载火箭发动机研制给出了以两级半构型为重型运载首选、120,400t推力吨位可满足我国未来运载火箭一级动力需求、100t级真空推力氢氧发动机是我国重型运载较佳选择,以及箭体直径最大7～8m为宜的建议。针对我国的载人登月任务,提出了重型运载的四条发展路线,优选了一型运载火箭并进行了细化设计。     

运载火箭尾段防热/承载一体化热防护系统设计及性能分析

先进热防护技术是可重复使用运载火箭研制的关键技术之一,具有高结构效率的防热/承载一体化热防护系统是运载火箭极具潜力的备选热防护方案。本文系统地总结了可重复使用运载火箭尾舱段防热和承载两方面的设计要求,设计了一种全复合材料防隔热/承载一体化热防护系统。开展了运载火箭尾段一体化热防护系统设计,进行了代表性单胞结构的高温环境地面试验,揭示了复合材料一体化热防护系统的防隔热机理。同时施加力学和热流载荷,利用有限元方法对运载火箭尾段进行了热力耦合分析,获得了尾段结构的温度场、应变场和应力场。结果表明:在典型载荷工况下一体化热防护系统内壁温度保持在89.2℃以下,内部最大应力不超过9.53 MPa,安全系数达到1.89。     

Comparison of the rocket engines efficiency in the case of low thrust orbit-to-orbit transfers

The main task of this paper is to compare two types of low thrust rocket engines: constant thrust vs. variable-thrust engines. We will be concerned with efficiency, where efficiency is evaluated in the case of the orbit-to-orbit transfer with maximum payload mass in the central Newtonian gravity field. The launch mass of the space vehicle is supposed to be fixed. The traditional solution is the decomposition of the problem into parametric and dynamical parts. The corresponding variational problems differ for two rocket thruster types under consideration. We propose change of variables, which makes it possible to reduce averaged equations of optimal motion of a spacecraft with the mentioned engines to the unified form. Using this unified form comparison of the performance of constant- and variable-thrust engines is conducted.     

航天运载器力学环境工程技术发展回顾及展望

近50年来,航天科技工作者对运载器发射飞行过程中的力学环境的认识逐步深入,带动了相关基础理论、预示方法、分析工具、试验技术和试验设备的不断发展。随着航天技术的快速发展,对运载器等的设计要求越来越高,火箭经受的力学环境也越来越恶劣,火箭力学环境预示与试验技术研究的迫切性日益突出。文章综合分析了力学环境预示与试验技术领域的研究发展状况,重点总结了北京强度环境研究所50年来为解决航天工程中的诸多力学环境问题所做的具体工作。最后,结合新时期航天项目的工程需求,提出了今后在航天运载器力学环境预示与试验技术研究领域的主要研究方向。     

影响环形微阴极电弧推力器寿命的因素研究

为了研究影响环形微阴极电弧推力器寿命的因素，首先分析了可能的因素，接着通过试验研究了电流参数对阴阳极间电阻的影响，不同功率下的推力器热性能以及功率大小对绝缘体腐蚀的影响。试验结果表明，为了延长推力器的寿命，需要控制推力器较大的放电电流，使得阴阳极间电阻动态平衡，维持在0.5~10 kΩ；需要选择合适的放电功率，功率阈值应考虑各部件材料的高温承受能力；另外，绝缘体的腐蚀是制约推力器寿命的主要因素，降低放电功率有助于减缓该腐蚀。     

高超飞行器表面热效应地面模拟实验研究

文章深入分析高超飞行器与临近空间大气相互作用的基本物理过程,激波加热及粒子碰撞产生等离子体的物理机制,并利用磁热屏蔽效应在高超飞行器模拟器与高速定向流间建立磁化等离子体鞘层,大幅降低中性激波气体向飞行器的能流传递,从而为高超飞行器提供有效的热防护作用。通过两次比对实验验证了磁热屏蔽效应的有效性及工程实施的可行性,为今后研制高韧性、超轻质、可重复使用热防护复合材料提供了实验数据,奠定了技术基础。实验中利用层流等离子体源作为高能流密度热源是热防护实验装备上的创新,层流等离子体源能流截面大、能流密度高,可以针对高超飞行器表面热效应进行全尺寸的模拟实验。     

火星进入器气动热环境模拟及热防护试验综述

文章简述典型火星进入器所面临的气动热环境,阐明在火星大气CO₂介质下进行试验的重大需求以及建立火星热环境模拟及热防护试验方法的必要性;并对国内外进行的相关火星进入器热防护工程性和研究性试验进行综述,指出研究空气和CO₂介质下的电弧加热器运行特性将对火星热防护试验提供必要的支撑,CO₂介质下防热材料催化特性研究和先进测试技术（如TALIF、OES、HSC等）是未来发展的方向。