某火箭三子级剩余推进剂汽化研究

针对某火箭三子级剩余推进剂的汽化过程,建立了一个零维的数学物理模型.在给定太阳辐 射角的工况下,对贮箱中低温液体推进剂汽化时,贮箱内气体温度和压力变化、贮箱内质量 变化、进入贮箱的外界热流的变化及贮箱排放推力的变化等进行了数值计算,并对贮箱保险 活门排放推力对火箭在轨速度的极限影响作了简单分析.计算结果可进一步用于该火箭三子 级钝化技术的研究.     

美国航天飞机外贮箱

美国航天飞机是目前世界上仅有的一种可重复使用的航天运输系统,由轨道器(外形像飞机的部分)、两台固体火箭发动机、外贮箱和装在轨道器上的3台主发动机组成。外贮箱长46.9米,直径8.4米,干重(不装推进剂)近30吨(采用铝锂合金     

贮箱爆炸碎片初始速度及影响因素

为确定推进剂爆轰作用下贮箱爆炸碎片的初始速度,基于能量守恒定律,考虑爆炸碎片动能、爆轰产物动能和内能、贮箱壳体的破坏能及其膨胀做功所消耗的能量,建立了贮箱爆炸碎片初始速度（FIV）模型。FIV模型与典型经验公式计算结果、带壳炸药爆炸试验数据吻合较好,验证了模型有效性。采用量纲分析法确定FIV模型中影响碎片初始速度的关键参量,基于AUTODYN软件进行数值仿真,分析贮箱壳体高径比、厚径比以及空气密度等参量对碎片初始速度的影响。结果表明:爆炸碎片初始速度随着壳体高径比增大迅速减小,当高径比大于1.50时,速度衰减变缓;碎片初始速度随着壳体厚径比增加近似呈线性减小;当爆炸高度小于20 km时,随着爆炸高度增大,空气密度减小,爆炸碎片的初始速度增大;在爆炸高度大于40 km时,空气非常稀薄,可以忽略壳体膨胀做功对碎片初始速度的影响。      

差动活塞式燃气自增压系统参数设计方法

针对基于单组元肼类物质为工质的液体姿轨控发动机差动活塞式燃气自增压系统,分析了系统的工作原理,提出了系统的参数设计方法,建立了系统的参数设计流程,给出了系统的起动压力计算模型和自锁状态计算方法,并进行了实例研究。结果表明:系统最低起动压力与压力放大贮箱气体腔初始体积、活塞摩擦力和推进剂贮箱初始气垫体积直接相关;系统自锁后,推进剂贮箱压力的设计状态受推进剂贮箱所允许的最大压力上偏差和流量调节器与推进剂贮箱间的压降所约束;推进剂贮箱的工作压力范围是可以根据需要通过燃气自增压系统的设计来保证的。     

加注流量对叶片式贮箱中气液分布的影响

针对推进剂在轨加注任务中,接受贮箱内气液位置不确定,排气和质心控制困难的问题,以NASA的FARE Ⅱ试验中的贮箱为参考,根据表面张力贮箱相关理论,建立计算模型.采用数值模拟的方法,对不同加注流量条件下,叶片式表面张力贮箱内气液分布进行研究.运用Fluent流体仿真软件,以肼为工质,对叶片式表面张力贮箱在轨加注过程进行数值模拟.仿真结果表明：加注流量越大,贮箱中部气液界面凸起越高;当加注流量超过临界值,流入的推进剂经过排气管排出.研究结果对于叶片式贮箱在轨加注过程中的流量控制具有参考价值.     

随机振动条件火箭贮箱增压系统工作过程仿真

为研究随机振动对贮箱增压系统动态特性和稳定性的影响,引入管路元件壳体坐标实现外激振动的加载,以谐波叠加法模拟飞行环境的随机振动过程,对管路和管路元件分别建立拉格朗日坐标下的一维流动方程和常微分方程组以模拟增压系统动态工作过程,对某贮箱增压系统有/无外界激励振动条件下的工作过程进行了全程计算.计算结果表明:振动环境下减压器、稳压器等运动元件的瞬时流量变化在增压系统中产生压力波动,某些情况下,会导致减压器等出现具有一个主要频率的振荡过程,影响减压器工作稳定性;振动过程中贮箱气枕压力基本不受影响.无振动条件下的计算结果与试验数据基本吻合.提出的模型和方法在贮箱增压系统工作过程仿真中显示了较好的有效性.     

大容量表面张力贮箱流阻特性的计算分析

对贮箱内部的流阻分布情况进行计算具有重要意义,它不但可以为整个推进系统的流阻分析提供依据,而且是并联贮箱平衡排放研究的基础,它能够为贮箱筛选提供参考,同时能够找出对流阻影响最大的部位,以便在加工过程中对其一致性进行严格控制。对一种部分管理的大容量表面张力贮箱的内部流阻情况进行计算和分析,在建立推进剂管理装置内部流阻分布的数学模型的基础上,对各个部位的流动情况进行详细分析,得到了多种状态、不同流量条件下推进剂管理装置各部位流阻分布的情况,以及管理装置流阻分布随着总流量变化的关系。     

贮箱内低温推进剂汽化过程的CFD数值仿真

为研究贮箱内低温推进剂相变对推进剂温度和贮箱压力的影响,对贮箱内的传热传质过程进行了仿真.仿真涉及的物理过程包括贮箱与外界环境的换热、推进剂的自然对流、推进剂与贮箱内壁面的换热以及低温推进剂的相变过程等.根据热力学平衡原理建立了低温推进剂相变模型,使用CFD(Computational Fluid Dynamic)方法对处于地面常压停放状态的液氢贮箱进行了450 s的仿真.研究表明随着贮箱壁面传热过程的稳定,推进剂的温度分布、流动状态以及相变情况会趋于稳定;通过仿真获得了推进剂单位时间的汽化量;影响相变的主要因素是贮箱壁面漏热以及推进剂自身的对流运动.     

微重力环境下大叶片板式贮箱内流体行为的数值仿真与试验验证

大叶片板式贮箱是当前最为先进的一种新型贮箱,大叶片板式结构是该贮箱推进剂管理的核心部件.对微重力条件下大叶片板式贮箱内流体行为进行了数值仿真和微重力试验验证.采用液体体积分数法(VOF,volume of fluid)两相流动模型数值模拟板式贮箱内流体流动特性,得到了流体分布规律.搭建了大叶片板式贮箱缩比模型试验系统,对板式贮箱内流体行为进行微重力落塔试验,得到微重力环境下流体特性.数值仿真和试验结果表明,大叶片板式贮箱在微重力环境下管理流体性能良好,大叶片板式结构为空间流体(包括低温流体)管理提供一种良好的途径.同时本文仿真和试验为国内板式贮箱设计提供了必要的支撑数据.     

基于Surface Evolver的推进剂贮箱气液界面分析

推进剂贮箱是航天器系统的重要部件,用于实现推进剂的管理与输运.在空间微重力条件下,贮箱内部液面呈弯曲状,掌握其液面分布特性是保证贮箱正常工作的前提.针对球形推进剂贮箱,采用Surface Evolver软件对其内部气液自由界面分布特性展开研究,分析充液比、接触角、Bond数等参数对贮箱液面的影响,得到液面分布随各参数的变化规律.研究结果表明,球形贮箱液面曲率随充液比的增大而增大,随接触角或Bond数的增大而减小.研究结果有助于实现推进剂贮箱液面快速分析,为贮箱及推进剂管理装置设计提供参考.      

基于并联贮箱结构的卫星推进剂剩余量测量方法

星上推进系统推进剂剩余量测量是卫星在轨管理的重要工作,事关卫星剩余寿命估计和离轨时机的选择,对于提高卫星效率具有重大的意义．中国现有的推进剂剩余量计算方法只适用于传统的双贮箱结构,不适用于桁架式卫星平台的多贮箱并联结构,为此必须开发新的计算方法,同时提高计算精度．比较多种推进剂剩余量测量方法,重点论述两种可用于并联贮箱结构的测量方法．     

太空新航线

美航天飞机新贮箱运抵航天中心美国航宇局为恢复航天飞机发射而重新设计的航天飞机外贮箱已经完工,1月6日晨被运抵佛罗里达州的肯尼迪航天中心。2003年2月,美国哥伦比亚号航天飞机机毁人亡,经查原因为起飞时外贮箱绝缘材料大块脱落,撞击飞机左翼并造成损伤,直接导致哥伦比亚号在返回地球大气层时解体。之后美国航宇局改进了外贮箱的设计,以保证燃料箱表面不会有大块绝缘材料脱落。为避免类似情况再度发生,有关技术人员用了18个月的时间改进外贮箱设计。航天飞机外贮箱敷设绝缘材料是为了防止贮箱在加注液氢和液氧后结冰。改进后的设计对贮箱…     

“星船”SN3在加压试验中被毁

正4月3日,太空探索技术公司"星船"下一代运载器的一枚原型试验箭在该公司位于南得克萨斯的设施做贮箱加压试验时被毁。试验在该公司得州博卡奇卡试验场的一座试验台上进行,内容是往贮箱内充注液氮。但圆筒形的试验箭似乎在中部出现垮塌,致使箭体上部翻     

哈勃望远镜的发射经过

4月10日,准备发射哈勃空间望远镜的“发现”号航天飞机在升空前4分钟时,一号辅助动力装置(APU)突然出现故障,使发射被迫推迟2周。航天飞机共有3个APU,主要用于控制主发动机的位置,操纵起落架。1号APU的故障是液体分配阀门无法关闭,使许多肼燃料流入到装置中。 4月14月,美国航宇局更换了1号APU,经试验表明,其功能正常。 4月24日,就在“发现”号航天飞机将要发射,计算机在倒计数还剩下31秒时又停了下来。原因是控制外贮箱液氧的阀门没关上,它是由一套新的计算机软件引起的。地     

液体火箭贮箱增压计算公式的分析

<正>一、问题的提出火箭推进剂贮箱增压系统是液体火箭上不可缺少的一个系统,增压系统保证的推进剂贮箱压力值直接关系到液体发动机工作的成败,攸关重要。然而要在地面靠模拟试验确定贮箱压力值,不仅耗资太大,并且边界条件复杂,模拟困难。因此,增压压力的理论计算就显得十分重要了。增压系统理论计算的要点是根据能量守恒原理及气体状态方程式,对进入贮箱的能量与输出的能量进行平衡,从而计算出推进剂贮箱内的增压气体压力Px。以往的增压计算,其基本公式均采用传统的方程式:     

V-2导弹:现代弹道导弹和运载火箭的鼻祖

<正>一个几乎难以否认的事实是:现代弹道导弹和运载火箭的鼻祖可以追溯到第二次世界大战期间,德国工程师发明的V-2弹道导弹。总体设计V-2导弹的总设计师为冯·布劳恩博士,他是航天先驱奥伯特的名徒。V-2导弹发射质量12.5吨,全长14米,直径1.65米,弹翼翼展3.56米,最大有效射程为320千米。总体来说,V-2导弹由弹体结构、弹翼、弹头、导航制导设备舱、燃料贮箱、氧化剂     

希尔顿将在太空开“连锁店”

希尔顿集团在酒店行业可以说举世闻名,它的生意几乎遍及地球的各个角落。最近,这个集团又宣布,它计划委托美国的太空岛集团在太空兴建一家酒店,并且公布了酒店蓝图和有关细节。 希尔顿集团拟建的太空旅馆称为“太空岛”。旅馆将利用一些用过的航天飞机外部燃料贮箱(简称外贮箱)来建造。这些外贮箱将首尾相连(称其为“连锁店”再恰当不过了),构成一个可以转动的大轮盘。作为房间的航     

微重力下低温液氪贮箱热力学特性

在轨滑行阶段液氪贮箱长期处于微重力环境。为研究其内部传热和相变过程对大轨道转移飞行器贮供单元工作性能的影响,建立了微重力液氪贮箱CFD模型,采用VOF法及Lee气液相变理论,研究了重力水平、初始液氪温度、初始充满率对微重力下液氪贮箱热分层及压力变化的影响。结果表明:常重力g0下贮箱的压升率分别为10^-4 g₀,10^-5 g₀,10^-6 g₀的1.84倍、1.98倍、2.04倍,微重力下温度分层程度(2～3 K)远低于常重力(90 K);不同初始液氪温度下贮箱压力随时间呈先降低后升高的变化趋势,且初始液氪温度越低,贮箱压升率越小;微重力下液氪贮箱存在临界初始充满率,当初始充满率Φ>70%时贮箱压升率随初始充满率的升高而增大,当Φ<70%时贮箱压升率随初始充满率的升高而减小。     

N_2O单组元微推进系统贮箱自增压特性

建立了氧化亚氮(N₂O)贮箱自增压地面试验系统,针对亚牛级氧化亚氮单组元微推进系统的推进剂自增压供给过程开展了初步测试试验.基于三区域集总参数物理模型建立了氧化亚氮单组元微推进系统贮箱自增压数学模型,针对相同试验条件下的贮箱自增压过程开展了数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,验证了仿真模型的准确性.仿真及试验结果均表明,为了确保推力器工作全过程中推进剂供应稳定,在亚牛级氧化亚氮单组元微推进系统的自增压过程中需要对氧化亚氮贮箱进行热量补偿来保证贮箱压力的稳定性,而贮箱压力下降速度分别随着贮箱初始充填率的减少、贮箱容积的减小及氧化亚氮质量流率的增加而增大.