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.     

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.     

补燃循环发动机推力调节过程建模与仿真研究

以补燃循环液氧煤油发动机为研究对象,对其推力调节特性进行了研究.建立了描述补燃循环发动机瞬变过程的数学模型,提出了求解供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev伪谱方法,应用该模型对补燃循环液氧煤油发动机的推力调节特性进行了仿真计算,并将计算结果与试验数据进行了对比分析,验证了模型和算法的合理性.研究结果表明：对于所研究的补燃循环发动机系统而言,通过调节发生器中较少组元的流量,改变涡轮泵的功率,可很好地实现调节推力的目的,且该推力调节系统具有良好的动态调节品质和很强的抗干扰性.     

运载火箭并联双机姿控配平策略研究

运载火箭并联双机是一种常见的发动机推力矢量控制(Thrust Vector Control, TVC)方案,发动机与伺服机构可组合出不同的控制布局。针对液体运载火箭典型的4种并联双机摆发动机控制布局,开展了故障动力学建模仿真研究,基于运载火箭比例微分(Proportional Differential, PD)姿控方法,比对分析了不同故障模式的姿控配平结果,优选了并联双机摆发动机控制布局,最后应用控制重分配技术验证了故障下放宽滚动通道性能策略的有效性,结果表明不同的推力矢量布局故障适应能力不同,姿态重构技术在发动机推力较大故障下仍可保证运载火箭良好的姿控性能与稳定能力。     

梦永不停歇的航天——记中国航天推力矢量伺服控制技术主要开创者曾广商

技术创新永登攀 20世纪80年代末,中国开始了载人航天发展的计划.在载人工程一期,曾广商院士带领研制团队参阅大量的国内外资料,提出了多数表决故障吸收三余度伺服机构方案.他组织、指导、鼓励研制队伍加快设计,一一攻克了功率匹配优化、结构布局、热设计和寿命问题等新难点.样机终于按时试制出来,调试、验证也基本上一次成功.自此,我国有了自行研制的两种用于载人飞船运载火箭推力矢量控制的高可靠性伺服机构,奠定了三余度伺服机构技术改进、进一步完善成熟的基础.     

基于线性二次滚动时域法的运载火箭发动机推力故障诊断

研究了运载火箭动力系统在推力下降情况下的故障诊断问题。根据简化的六自由度非线性模型,利用扩展卡尔曼滤波器生成残差,采用线性二次滚动时域法估计故障,基于估计向量故障特性准确估计推力下降程度,同时提出利用故障突变方向定位故障的方法。仿真结果表明该方法能够快速检测发动机故障并准确定位。     

液氧煤油发动机故障监控特征参数提取研究

故障监控可以有效提高发动机工作的安全性和可靠性,建立了大推力液氧煤油高压补燃循环发动机稳态故障仿真模型,开展了发动机故障仿真分析,提取了发动机故障监控特征参数。通过对筛选的可能危及发动机安全工作的故障模式进行仿真分析,获得各种故障模式下发动机测量参数对故障的敏感性排序,通过对测量参数相对偏差的相关性分析,获得各测量参数间相关系数和高相关性测量参数组,基于测量参数的敏感性排序和相关性综合提取出发动机故障监控特征参数。     

全流量补燃循环液氧甲烷发动机推力调节方案研究

无毒、无污染的大推力可重复使用液氧甲烷发动机成为研究热潮,以200 t级全流量补燃循环液氧甲烷发动机为研究对象,结合真实气体效应下涡轮绝热功模型和低温冷却套模型,对比分析了发动机多种调节元件设置方案,结果表明富氧发生器、富燃发生器副路调节元件分别设置为调节器和节流阀时,发动机推力和混合比耦合程度相对较低,利于单一工况参数的调节。在此系统方案基础上,通过仿真对比分析,选择出了最佳推力调节方案。     

蓝箭航天液氧甲烷发动机研制进展

探讨了国内外商业航天运载火箭及其发动机的发展情况,研究比较了液氧甲烷、液氧煤油和液氧液氢等推进剂组合,提出液氧甲烷是商业航天、未来可重复使用液体火箭发动机的发展方向和最佳选择。分析了液体火箭发动机推力选择的原则,确定了蓝箭航天液氧甲烷发动机的推力为80 t和8 t。比较了燃气发生器循环、补燃循环及膨胀循环等动力循环方式,选择了燃气发生器循环的技术方案。介绍了蓝箭航天两型液氧甲烷发动机的总体方案、性能指标、技术创新点、用途和研制情况。     

无毒推进剂泵压式变推力发动机工作过程仿真

根据无毒推进剂泵压式变推力发动机系统方案,建立了组件数学模型,在此基础上进行了工作过程仿真计算,并对主要影响因素进行了分析。结果表明：发动机各组件能协调工作,但起动加速较慢,发动机变推力时阶跃响应较长;起动箱气腔容积越大,起动越快。     

A further analysis about the liquid-propellant thermal antimatter engine design concept

A new concept about a liquid-propellant engine based on a future potential use of the antiproton-nucleon annihilation process has already been presented by the author. In this Note the analysis of the technological feasibility of the proposed concept is extended by simulating on computer additional effects not considered before for simplicity. The consequence on the engine configuration and performance are carefully examined.     

AMESim软件在液体火箭发动机系统动态仿真上的应用

根据模块化建模思想和通用仿真要求,利用AMESim中的AMESet平台二次开发出了发动机系统通用仿真模块库,并对不同类型发动机系统的动态特性进行了仿真.研究结果表明,建模过程简单明了,操作性及通用性强.通过计算结果与试车曲线对比,验证了所采用仿真方法的合理性和正确性.所做的工作为今后液体火箭发动机通用仿真研究打下了良好...     

Thrust chamber health monitoring

With the arrival of the reusable space propulsion systems, the new field of propulsion system health monitoring is emerging. Health monitoring consists of measuring and reviewing engine operating parameters which will warn of engine deterioration or abnormal operation well in advance of any failure. The health monitoring data can be used to establish that an engine should be repaired or replaced, thereby avoiding a future flight failure. This paper presents a status report on the development of a health monitoring system for regeneratively cooled thrust chambers. The system employs a single measurement with a simple nonintrusive sensor to monitor the operation of the engine. The basic measuring and sensor concept is explained and the results of both laboratory and engine firing tests with the health monitoring system are presented.     

一种小型化IRIG-PBW体制FM/FM副载波解调系统

介绍一种可小型化的 FM/ FM多路遥测信号副载波解调器 ,该解调器使用一种可编程的通用有源滤波器 MAX2 6 0 / 2 6 1/ 2 6 2芯片 ,使得分路滤波器的中心频率及通带大小只需通过编程即可实现 ,不需要任何阻容器件 ,因此系统不仅具有很好的灵活性 ,而且易于实现小型化。对通道中心频率较低的 IRIG- PBW体制 1到 18通道均可适用。详细介绍实现方法     

涡轮增压固体冲压发动机热力循环分析

针对未来导弹对推进系统高比冲、宽马赫、大空域的要求,将空速域宽广的空气涡轮火箭(ATR)和比冲性能好的固体火箭冲压发动机(SPR)进行集成,提出了涡轮增压固体冲压发动机(TSPR)的概念,对其进行热力循环分析,验证此组合概念发动机的原理可行性,建立了其热力循环分析模型.利用该模型在典型弹道上对ATR、SPR和TSPR的...     

MHD-Arc-Ramjet联合循环与AJAX间的性能比较

为了提高冲压发动机在更高速度区内的性能，扩展发动机的运行速度范围，需要在并行于发动机的燃烧室处附加一套能量旁路系统。采用热力学方法针对两种带有能量旁路的冲压发动机分别在理想和实际情况下进行了性能分析和比较，结果表明：理想条件下MAX的单位推力要高于MHD-Arc—Ramjet联合循环；考虑到后者可以在更高的温度下进行能量注入，其在单位推力方面是具有优势的。实际条件下在很宽的飞行Ma范围内MHD—Arc-Ramjet联合循环的单位推力要高于AJAX。     

航空发动机多变量神经网络自适应控制仿真研究

针对航空发动机是一个具有强非线性、时变不确定性的被控对象,提出了一种基于RBF网络的航空发动机多变量神经网络自适应控制方法,该方法采用RBF网络对发动机非线性模型进行实时辨识,并将系统的灵敏度信息反馈给神经网络控制器,保证了控制器对被控对象的准确控制.通过某涡扇发动机在飞行包线内的数字仿真,结果表明该方法不依赖被控对象的精确模型,有效地实现了对发动机的多变量自适应控制,而且具有较好的动静态性能.     

燃气发生器循环变推力发动机频率响应分析

采用分段集中参数的有限元方法建立了发动机模块化模型,以此模型搭建了燃气发生器循环液体火箭发动机仿真模型,对变推力发动机在变工况下的系统特征及频率响应进行了研究。研究表明:发动机系统在变工况后系统特征频率及其对应的阻尼系数有明显变化。通过提取变工况过程中的主要频率,发现对应能量峰值的频率为5.34 Hz。在发动机系统工况转换过程中,输入带有该频率的扰动的入口压力信号,仿真结果证明这种低频扰动使系统稳定裕度降低,应当避免该频率下扰动信号出现。     

新型活塞泵增压轨/姿控发动机系统方案研究

介绍了国外新型活塞泵增压轨/姿控发动机系统发展现状,提出了一种新型活塞泵增压轨/姿控发动机系统方案,介绍了新型活塞泵增压轨/姿控发动机系统特点并分析了新型发动机系统关键技术,开展了新型活塞泵增压轨/姿控发动机系统研究,掌握了主要组件设计技术,获得了活塞泵增压系统仿真特性。     

核热火箭发动机系统循环方案分析与设计

核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点。我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究。核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计有重要意义。分析了3种可用于核热火箭发动机系统循环的方案特点,基于闭式膨胀循环设计了比冲为910 s ...