大推力氢氧发动机关键技术及解决途径

200吨级大推力氢氧发动机是重型运载火箭的基础,是航天强国的重要标志.与以往氢氧发动机相比,大推力氢氧发动机推力量级和结构参数均有大幅度提高,是目前世界上推力最大的高空发动机,发动机的设计、生产和试验技术跨度大、要求高,需要开展一系列的技术攻关工作.根据200吨级大推力氢氧发动机技术特点,介绍了发动机的总体技术方案,根据发动机技术特点和使用要求,梳理了一批制约发动机技术水平提高、系统方案优化和工程实施的关键技术,并提出了解决途径.     

“朱雀”二号液氧甲烷火箭关键技术分析

<正>2023年7月12日09时00分,由蓝箭航天空间科技股份有限公司(以下简称“蓝箭航天”)自主研制的“朱雀”二号遥二运载火箭在我国酒泉卫星发射中心发射升空,按程序完成了飞行任务,发射任务获得圆满成功。“朱雀”二号遥二火箭是全球首枚成功入轨的液氧甲烷火箭,也是国内民商航天首款基于自主研制的液体发动机实现成功入轨的运载火箭,填补了国内液氧甲烷火箭的技术空白,意味着我国首款大推力液氧甲烷发动机通过飞行验证,标志着我国全面掌握液氧甲烷运载火箭关键技术,具有里程碑式意义。     

姿控发动机小推力测量天平设计

对比传统测量方式,提出用单分力天平测量小发动机推力的方法。通过对单分力天平和传统测量小推力的方式进行的有限元仿真分析,体现了单分力天平在4~25 N量级小推力测量中的优势。设计了稳态推力测量校准一体化装置,在不同环境温度条件下对单分力天平进行推力校准与测试,验证了单分力天平在姿控发动机小推力测量中应用的可行性。     

我国载人登月重型运载火箭动力系统探讨

月球研究与利用是21世纪航天发展的重点之一。根据载人登月的需求,探讨了我国重型运载火箭及其动力系统的技术途径,提出研制大推力液氧/烃和液氧/液氢发动机的设想。重点论证了大推力下面级发动机的推进剂组合、动力循环方式及推力量级,认为该发动机推进剂应选择环保、廉价及高性能的液氧/烃组合,动力循环方式应采用先进的补燃循环或低成本的燃气发生器循环,推力应为4000kN左右。     

中国太空长征的先驱:长征一号运载火箭

36年前,中国的长征一号火箭把东方红一号送入太空,拉开了中国航天进军太空的帷幕。中国航天事业自1956年创建以来,取得了举世瞩目的成就。中国自行研制开发的长征系列运载火箭技术日趋成熟完善,目前共有12种不同型号的长征系列运载火箭,具备了发射近地轨道、太阳同步轨道、地球同步转移轨道和大椭圆轨道卫星的能力,近地轨道最大运载能力达到9200千克,地球同步转移轨道最大运载能力达到5100千克。长征火箭已将28颗外国制造的卫星成功地送入太空,在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地。到2006年6月,长征火箭共实施了89次发射,自1996年10月以来连续47次发射成功。中国还开展了1200千牛级推力的液氧/煤油发动机和500千牛级推力的氢氧发动机的研制工作,并取得了重要进展。     

姿控发动机推力室推力量级系列化的研究与探讨

文摘分析了我国目前在研的各种用途的姿控发动机的现状和存在的问题,根据实际工作情况,研究和探讨了姿控发动机推力室推力量级系列化方案,并提出了几点工作建议。     

低功率水电弧加热发动机的初步研究

本文研究了以水为推进剂的电弧加热发动机。其中电弧加热发动机的流量为15mg/s、电流为8A,此时平均电压为80.5V、功率约为640W、平均推力为0.0975N,以此计算得到比冲为650s左右、效率为55%～60%。成功地验证了水做为电弧加热发动机的推进剂、产生推力的能力。     

欧美公司拟合作研制低温发动机

法国斯奈克玛公司的火箭发动机分公司——欧洲动力装置制造公司已同美国普惠公司达成协议 ,同意联合研制供阿里安 5、德尔它 4和宇宙神 5运载火箭使用的新型低温上面级发动机SPW2 0 0 0。双方在新合资项目中将各占 50 %的份额 ,并分别负责欧美两个市场所用发动机的总装和试验。由于牵涉到技术转移问题 ,合作协议尚待各自政府的批准。目前斯奈克玛公司正在研制供阿里安 5的改进型号使用的、推力 1 47千牛的芬奇发动机 ,而普惠公司也正在研制推力约 2 2 5千牛的 RL50发动机。 SPW2 0 0 0将兼具这两种型号的特点 ,推力为 2 0 0～ 2 67千牛 …     

火神发动机研制进展顺利

火神发动机是由欧洲动力装置制造公司（SEP）牵头研制的,它将用于欧空局（ESA）的阿里安5运载火箭。ESA从1985年1月开始了这项为期10年、投资7.7亿美元的研制计划。阿里安5的首次飞行计划于1994年进行。 HM60火神发动机的整机重量约为1100公斤,海平面推力为800千牛,真空推力为1070千牛,它将用作阿里安5的芯级发动机。阿里安5将由两台固体火箭助推器助推,助推器     

印低温发动机进行长时间试车

印度为静地卫星运载器(GSLV)研制的国产低温发动机2003年12月5日在低温推进系统中心成功进行了一次耐久性试车。试车中,发动机以69.6千牛的推力工作了1000秒,装在一起的两台低温方向控制发动机也以1.96千牛的推力同时工作。实际飞行中,这种泵输送式再生冷却发动机需要工作720秒。此次长时间试车标志着该发动机鉴定工作的结束。印度迄今已用3台试验发动机累计进行了6000秒的试车,国产低温上面级系统的研制工作也进展顺利。目前GSLV火箭使用的是俄罗斯提供的低温上面级。印低温发动机进行长时间试车     

基于固体火箭发动机耗尽关机的混合轨道自适应制导方案研究

针对固体火箭发动机在指令关机后存在量级小但顽固的后效冲量及推力偏差大等问题,提出了将速度增益制导(VIC)、末速匹配修正二者结合的混合轨道自适应制导方案。通过Lambert定理给出了VIC方案中需要速度的计算模型,并采用非线性的推力矢量控制(TVC)方法分析了增益速度的导引算法。为了克服固体发动机关机后仍存在量级小但顽固的后效冲量问题,并更有效地实施机动变轨,通过预测推进剂的剩余能量,并结合VIC的计算模型,建立了以增益速度匹配当前固体推进剂耗尽时产生的可能速度增量、并直至发动机自然耗尽的末速匹配修正方案。初步仿真结果表明,该制导方案具有更大的可伸缩性和广泛用途。     

智能固体发动机概念及发展设想

具有按需调控、自主感知与决策能力的智能动力是未来战争的核心技术.本文提出了智能固体发动机的概念和内涵,重点阐释高适变、高效能、高矢量调控以及自主感知、自主评估以及使役状态的自主决策等特征,探讨了智能固体发动机的技术路线,策划了以变推力发动机、可控可熄发动机以及高效能全域矢量调控发动机为代表的产品布局.开展智能固体发动机...     

动态过调：一个被忽视的问题

动态过调：一个被忽视的问题据《国际飞行》杂志报道，美国弹道导弹防御局最近公布了一种航天器用的脉冲等离子体发动机的详细情况。试验证实，这种由加州一家公司研制的发动机的排气速度可达８千米／秒，推力比稳态运行的同等发动机高５０％。推力的增加是利用存在于所有...     

固液混合火箭发动机在武器与航天领域的应用

系统介绍了固液混合火箭发动机的主要特点及其应用.固液混合火箭发动机具有能量高、容易进行推力调节、可多次启动、可靠性高、安全性好、成本低等优点.在武器领域用做导弹的发动机,可使导弹具有射程远、突防能力强、低易损、易于实现能量管理等优点;用于军用航天器的轨道机动发动机,可具有优良的轨道机动性能;在民用航天领域可以用做运载火箭助推器,不仅能量高、环境友好,而且对于载人航天而言具有突出的安全性能;用于上面级发动机则具有多次启动、轨道机动能力强、在轨工作时间长等优点;用于姿轨控发动机和变推力发动机具有推力调节精确、绿色环保等优点.总之,固液混合火箭可满足航天技术发展对多种高性能发动机的需求.通过分析提出了发展固液混合火箭发动机的若干建议.     

低冰点推进剂1N单组元发动机技术研究

单组元发动机采用低冰点推进剂具有良好的低温冷起动和工作性能,对于实现航天器的长期在轨驻留、轨道控制和姿态调整具有十分重要的意义。对-30℃低冰点四体系推进剂的特性进行了分析,对低冰点推进剂小推力量级发动机催化分解技术进行了试验研究。试验结果表明,发动机冷起动、关机正常,稳态、脉冲工作稳定,性能可靠。     

火箭冲压组合动力系统特征点推阻特性初探

推阻力是火箭冲压组合动力系统的重要特性,研究推阻特性及影响因素对动力系统研发极为重要.对模型动力系统在高空高速点下的推阻力进行了仿真和试验研究,获得了动力系统在火箭发动机模态、火箭/冲压发动机模态及冲压模态、不同余气系数下的推阻力.结果表明:所研究的模型在火箭发动机模态下,火箭发动机推力室在动力系统内产生的推力大于火箭发动机的设计推力;火箭/冲压发动机共同工作条件下,推力大于火箭发动机设计推力与同一余气系数冲压发动机模态推力之和;冲压模态下,动力系统的推力随余气系数减小而增大;理论计算与试验结果相符.     

配合间隙对同轴线对开双喷管结构轨控发动机性能的影响

所描述的轨控发动机采用同轴线对开双喷管结构设计,通过对不同工况、不同间隙条件下轨控发动机的流场进行数值模拟,得到了间隙对发动机燃烧室压强、推力等性能参数的影响规律。研究结果表明,当轨控发动机的转子配合间隙不断减小时,推力调节室总压随之不断增大,质量流率不断减小,发动机的推力调节特性变优。     

非同轴式喉栓变推力固体发动机试验

设计了非同轴式喉栓变推力固体发动机试验系统,进行了变推力原理性试验研究。解决了试验中出现的喉栓结构完整性问题;基于内弹道计算,分析了喉栓变推力固体发动机的压强特性;通过喉栓不同运动过程的试验,开展了喉栓发动机压强特性研究;通过试验结果的对比分析,发现了影响发动机压强爬升的主要因素。试验验证了喉栓式变推力固体发动机的原理可行,以及所设计的非同轴式喉栓变推力固体发动机试验系统可行,满足试验研究需求。     

国外单组元变推力发动机应用与关键技术

介绍了国外单组元变推力发动机的应用现状,阐释了单组元变推力发动机的结构和设计原理,总结了研制和改进过程中的关键技术,主要包括径向双层夹套催化床设计、径向喷注器设计、流量稳定调节技术和催化床空穴控制技术等。美国为火星软着陆研制的MR-80和MR-80B无水肼单组元变推力发动机分别应用于“海盗”号和“好奇”号着陆器下降级推进系统。MR-80发动机可实现275~2835 N变推力调节,推力变比为10∶1,比冲为205 s,呈120°均布于“海盗”号着陆器三角形基座的长边。“好奇”号下降级推进系统由2个高压氦气瓶、3个推进剂贮箱、8台单组元变推力发动机、8台单组元250 N姿控发动机、1个压力控制组件和3个推进剂控制组件组成,MR-80B发动机可产生31~3603 N的真空推力,推力变比达到100∶1,比冲范围为204~223 s。     

偏置斜切喷管固体火箭发动机推力计算方法

为了解决采用偏置斜切喷管固体火箭发动机推力计算的难题,采用微元分割的方法,建立了适用于此类发动机的推力计算方法,可对发动机的推力及推力偏斜角进行计算。结果表明,针对实验发动机,该计算方法的压强和推力计算精度在±5%以内,可作为此类发动机推力预示的依据。揭示了此类发动机推力偏斜角产生的原因,由于喷管斜切部分对发动机的轴向推力和径向推力产生了不同影响,引起发动机的推力偏离喷管扩张段轴线方向,形成了推力偏斜角。针对此类发动机,喷管斜切部分产生的发动机轴向推力可能是负推力,在此类发动机设计过程中,应该科学地选择喷管偏置角和喷管斜切角,从而降低由于喷管偏置斜切而带来的发动机损失。