Vulcain 2发动机研制进展

Vulcain 2发动机将作为阿里安5改进型运载火箭的动力装置,与现有的阿里安5火箭相比,新阿里安火箭通过提高发动机推力和组元比而使性能更高.新发动机在Vulcain发动机基础上重新设计了氧涡轮泵、燃烧室和喷管扩张段,而其他组件(氢泵、发生器阀、管路和供应系统等)仅作了适应性改进.本文介绍了发动机的试车情况、研制成果以及研制进展情况.     

泵压式发动机精细化热分析技术

上面级泵压式发动机结构复杂、经历的热环境复杂多变,须通过严格的热控设计以保证飞行过程中发动机部组件温度在合适范围内,因此研究泵压式发动机的温度变化规律对发动机研制具有重要作用。文章在分析上面级泵压式发动机热环境特点的基础上,提出了泵压式发动机的热分析建模方法,采用热网络法进行了泵压式发动机精细化热环境分析。通过发动机热平衡试验验证了热分析模型和方法的正确性,获得了发动机在飞行过程中的温度变化规律,可为后续泵压式发动机热分析提供参考。     

长征系列发动机涡轮泵的研制概况

本文仅就长征系列火箭发动机涡轮泵的关键项目研制进行阐述,介绍了涡轮泵不断改进和日益成熟的研制历史,总结了研制中的经验与教训。     

500 tf级液氧煤油高压补燃发动机研制进展

500 tf级液氧煤油高压补燃发动机是我国下一代航天主动力,将大幅提升我国航天动力的技术水平,为我国航天发展提供强大动力。发动机采用高压补燃循环系统、泵后摇摆和双推力室方案,具有无毒环保、高性能、高可靠、推力和混合比可调节、使用维护便捷等特点,发动机研制需突破分级启动、健康管理、泵后摇摆、大功率高效涡轮泵、高压大流量高性能燃烧组件、高压大流量调节组件及低温阀门、发动机新工艺与热试验等多项关键技术。目前已完成发动机的方案设计和生产,开展了大量试验验证,完成半系统试车和首台整机装配,关键技术取得重大突破,为发动机后续工程研制奠定了基础。     

液体火箭发动机涡轮泵用轴承寿命试验研究

基于液体火箭发动机涡轮泵轴承工作要求的特殊性,介绍了一种考核液体火箭发动机涡轮泵用轴承寿命的试验方法,设计了轴承试验方案,并研制了专门的试验系统.以某型号发动机氧泵用轴承为研究对象,对其进行了常温水介质和低温液氮介质运转试验.试验系统运转良好,并且通过该方法试验后的同批次轴承参加发动机热试车工作正常.     

为发动机打造强韧之心——中国航天科技集团公司六院11所发动机涡轮泵设计组的故事

他们承担着以载人航天工程、探月工程等为代表的一、二级发动机涡轮泵设计、研制和生产验收工作.他们凭借着敢为人先、敢打硬仗、敢啃硬骨头的执著和拼搏,圆满完成了以空间交会对接为代表的200余台大发动机涡轮泵飞行任务;完成了以上面级动力系统为代表的多个新型号任务,突破了多项涡轮泵关键技术.他们就是中国航天科技集团公司六院1 1所18室一、二级发动机涡轮泵设计组——一支由6人组成的、平均年龄只有30岁的青年团队.     

可重复使用火箭发动机涡轮泵的关键技术

近来,有关空间运输与研究可重复使用火箭各种需求的增加,世界各国正致力于降低费用与提高可靠性的工作。在美国,研制可重复使用火箭“冒险号”以替代航天飞机,其二分之一缩尺模型“X-33”计划1999年进行第一次飞行。在日本,计划研制可重复使用火箭(RLV)的主要依据是建立在 H-2A 火箭技术之上,在研制空天飞机型 RLV 前,先研制 HOPE-X。计划研制的可重复使用火箭发动机是采用液氢/液氧、推力980.665～1961.33kN,并具有调节能力的发动机。发动机(包括液氢/液氧涡轮泵)的其他要求是工作寿命长,可靠性高。本文就可重复使用涡轮泵提出了一些关键技术。     

蜗壳喉部面积对泵性能的影响研究

在某型液体火箭发动机研制中,为了适应发动机推力的提升,需要对泵结构进行适应性改进。基于面积比原理对泵压式液体火箭发动机泵蜗壳喉部与叶轮的匹配进行设计与研究。采用数值模拟和试验研究相结合的方法研究了蜗壳喉部面积变化对泵性能的影响。分别对两种不同面积比的泵模型进行计算分析,结果表明:在高效区范围内,随着蜗壳喉部与叶轮出口面积比值的增大,泵的扬程和效率均有所提高,试验结果与计算结果也较为吻合。因此,蜗壳喉部面积扩大后,与叶轮匹配性有所改善,可以适应发动机推力提升的要求,结构改动简单易行,而且对已制品可以进行返修,减少经济损失。     

液氧/煤油发动机涡轮吹风用燃气发生器研制

简要介绍了用于液氧/煤油发动机涡轮吹风试验系统的燃气发生器的研制,通过对该燃气发生器的工作原理、参数等的分析、计算,确定了该燃气发生器的结构,进行了喷嘴流量、雾化试验和发生器的热调试,满足了试验系统的最大流量要求,为液氧/煤油发动机涡轮泵的研制提供了保障,表明该燃气发生器的研制是成功的.     

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。     

LE—7发动机研制现状

H-Ⅱ运载火箭的第一级发动机LE-7的研制计划目前正处于部件研制阶段,且已在试车台上作了下述试验:(1)燃烧器(点火器、预燃室与主燃烧室)试验;(2)燃料涡轮泵试验;(3)氧化剂涡轮泵试验.所有这些试验均取得了令人满意的结果.     

独特的双燃料/双膨胀可重复使用火箭发动机

为可重复使用运载器(RLV)设计的双燃料/双膨胀火箭发动机在过去的十几年中表现出色。其高密度推进剂丙烷和液氢燃料使发动机干质量大大减轻,加之尺寸小、质量轻及独特的燃烧室/喷管几何形状和涡轮泵组件使干质量进一步大幅度降低。该发动机的其它设计特征也使其研制,操作费用减至最少。     

航天飞机主发动机液氧泵高同步振动问题

有效地解决推进系统发动机研制中出现的问题是航天系统成功的关键。航天飞机主发动机(SSME)研制阶段改型的液氧泵出现了一些问题使计划遇到麻烦,需特别注意解决。其中高同步振动问题最为严重,要求政府承包商协同预以解决。本文介绍研究方法(故障树逻辑法)、轴承转子动力系统的复杂性,问题及其解决措施。     

25tf膨胀循环氢氧发动机研制进展

25 tf膨胀循环氢氧发动机是针对我国重型运载火箭三级主动力需求研制的液体火箭发动机,也可应用于未来其他航天器的上面级。该发动机采用闭式膨胀循环方式,具备高可靠、高比冲、大范围变推力以及多次点火等能力。发动机已通过推力室挤压热试验、氢涡轮泵介质试验等子系统试验验证了各项关键技术及组合件设计方案,发动机的整机方案实现已不...     

闭式循环液体火箭发动机

本文主要介绍萨莫拉国家科研生产联合体(TRUD)研制的 NK—33、NK—43、NK—39和 NK—31可重复使用的闭式循环液氧煤油发动机方面的经验。这些发动机结构布局经济合理,具有真空比冲为3247.11m/s～3462.93m/s(对应于 NK—33和 NK—31发动机的比冲),质推比约为0.000815kg/N(对应于 NK—33和 NK—43发动机)的最佳性能参数。本文探讨了在这几种发动机的研制和主要组合件的研究过程中产生的主要问题。此外本文也介绍了燃气发生器、涡轮泵组件、推力室和发动机总体结构的主要参数、试验数据和试车数据的处理方法。     

涡轮泵内部流路和轴向力数值计算

本文介绍了采用“通用流体系统模拟程序”GFSSP 研究液体火箭发动机涡轮泵内部流路的数学模型。GFSSP 是一个通用的流体计算程序,用于计算复杂流路中流量、压力、温度和混合流体成分的稳态值和时变过程。程序采用了有限容积中流体的质量、动量、能量守恒方程和热力学方程。目前,马歇尔空间飞行中心(MSFC)正在研制Fastrac 发动机,在该发动机的组合件试验中,采用 GFSSP 对涡轮泵的轴向力和内部流路的稳态值和起动时的瞬变过程进行了计算。计算结果和试验实测的压力、温度作了对比,大部分参数比较吻合。     

涡轮泵超低工况性能研究

对于泵压式变推力发动机和先进的冲压发动机,需要涡轮泵变工况工作,涡轮泵变工况性能是该类发动机研究的一个重点。结合上面级验证性发动机试车,对游机涡轮泵变工况的性能和稳定性进行分析研究。通过泵全流量特性试验和汽蚀试验,得出泵能够在额定流量点25%处稳定工作的结论。对涡轮工况变化后的燃气参数、入口压力、出口压力及效率进行分析,认为涡轮也能够稳定工作。给出了游机涡轮泵可以参加验证性试车的结论,并得到了发动机试车的验证。     

大推力氢氧发动机关键制造技术

为了满足大推力、大尺寸220 tf补燃循环氢氧发动机的研制需求,针对补燃氢氧发动机推力室、预燃室、涡轮泵、阀门、管路等组合件,开展大推力氢氧发动机的工艺技术攻关,采用旋压成形、扩散钎焊、惯性摩擦焊、增材制造、粉末冶金、精密铸造等工艺技术,实现了220 tf补燃循环氢氧发动机复杂构件的制造; 针对220 tf补燃循环氢氧...     

微型热机、燃气涡轮、火箭发动机——美国麻省理工学院(MIT)微型发动机研究计划

介绍了MIT以MEMS系统为基础正在研制的燃气涡轮机、涡轮发生器和火箭发动机的进展情况。由于采用半导体工艺技术批量生产,所以这些发动机以常规、全尺寸发动机能量密度相同的微型高速旋转机械为基础。微型燃气涡轮设计为在10g/h H_2燃料消耗的情况下可产生10～20W 电能或0.05～0.1N 推力、直径为1cm、厚度为3mm 的SiC 热机。后来研制的采用烃燃料的热机可产生100W 电能。相同尺寸的液体双组元火箭发动机可产生大于13.3N 的推力,火箭发动机与涡轮泵和控制阀集成在同一芯片上。由分析和试验可知,该微型热机是可行的,这些装置创立了推进技术、流体控制和袖珍能量发生器的新概念。     

助推分离对氧泵工作特性影响的模拟试验

为了研究火箭助推分离过程中,芯级液体火箭发动机氧泵入口压力快速下降对氧泵的工作特性和发动机工作性能的影响,在氢氧火箭发动机整机试车中,通过控制氧泵入口压力的方式,使氧泵逐步进入气蚀状态,开展了发动机整机状态下的氧泵气蚀研究试验,获得了氧泵气蚀状态下氧泵参数变化情况,考核了发动机经过短暂气蚀的工作特性。试验结果表明,转速升高约1 800 r/min的气蚀程度,会造成氧泵流量下降7.14%,氧泵效率下降11.82%,氧泵轴向振动幅值增大约90%。氧泵在经历时间约7 s的短暂气蚀状态后,氧泵性能无明显变化,不影响发动机工作性能。