低温推进剂在轨加注技术与方案研究综述

为了探究适用于低温推进剂在轨加注的相关技术与方案,通过文献调研与对比分析,介绍国内外在轨加注技术的研究现状,梳理低温推进剂在轨加注的关键技术,研究现有加注技术与方案对低温推进剂的适用性,并提出我国开展相关研究的思路与方向。研究表明：1）气液分离、蒸发量控制、质量测量和流体驱动循环等技术是直接影响推进剂在轨加注系统结构与加注性能的关键技术;2）低温推进剂具有沸点低、表面张力小等特殊性,对气液分离、系统热防护等技术的性能要求更高;3）表面张力式气液分离、纤维镜或射频质量检测、多层隔热材料、热力学排气系统（TVS）以及无排气加注等先进技术方案对低温流体和微重力环境均具有更好的适用性,将成为实现低温推进剂在轨加注的关键突破口。     

低温推进剂地面加注系统冷量利用方案分析

为了降低低温推进剂损耗,提高利用效率,降低发射成本,提出了4套运载火箭低温推进剂地面加注系统的冷量利用方案。基于热力学原理,建立了非稳态数学模型,并以能量品质高低作为衡量方案优劣的标准,通过实例计算对比分析了各个冷量利用方案的可行性。研究得出4套冷量利用方案从热力学角度出发都是可行的,其中方案A和方案D最优,方案A可应用在目前现有低温推进剂地面加注系统中,而方案D则可应用于未来重型运载火箭低温推进剂地面加注系统之中。     

液体推进剂的新型加注方法

常规液体双组元推进系统通常采用挤压加注方法,挤压介质一般为氦气,受氦气在液体推进剂特别是氧化剂中溶解特性的影响,加注过程中会出现氦气析出现象,这对加注过程本身以及推进系统后续使用均造成不可忽视的影响。为彻底解决该问题,对氦气在MON-1中的溶解特性进行了研究,模拟加注过程中的压力变化开展了氦气析出试验,在此基础上提出一种基于气动隔膜泵的加注方法,并完成加注约1 t推进剂、时长4 h情况下无氦气夹气的试验验证。为推进剂及相关模拟液的加注提供了一种新选择,试验表明该方法彻底解决了推进剂夹气问题,尤其适用于长时、大容量推进系统的推进剂加注。     

推进剂加注设备"三化"建设方案

针对我军目前导弹推进剂加注设备“三化”的现状和现有武器装备的特点,遵循“三化”工作的基本原则,提出了“三化”建设的具体方案,并为缩短新型设备研制周期、尽快地适应作战对象及作战环境和作战任务变化的需求,给出了推进剂加注设备基本型方案。     

推进剂加注设备的现状与"三化"研究

在对推进剂加注设备进行系统分析的基础上,提出加注设备在“三化”方面存在的问题,研究了开展“三化”研究工作的意义和指导原则,确定了“三化”研究方案及实施步骤,并给出加注设备“三化”工作的建议。     

氢氧推进剂在轨加注若干关键问题研究进展

为了实现深空探测和大型空间站的建设,有必要对氢氧推进剂的在轨加注技术进行研究。通过文献调研和对比,重点分析氢氧推进剂在轨加注遇到的若干热力学和流体力学问题。首先介绍了可以用于氢氧贮箱蒸发量控制的被动热防护技术,目的是实现推进剂的长期在轨贮存。其次,对9种常用的常规推进剂在轨测量技术进行比较,得出适用于氢氧贮箱内剩余推进剂的测量方法。最后,针对在轨低温推进剂的气液分离问题,分析了正推法和表面张力贮箱在氢氧贮箱气液分离中的适用性。通过对氢氧推进剂在轨加注关键问题的调研和论证,为我国氢氧推进剂在空间环境下的长期在轨使用和再加注提供技术参考。     

推进剂加注后末修贮箱压力变化机理

利用推进剂加注前、后及发动机待机过程中末修贮箱的温度、压力参数,结合国外资料给出的15℃时N2O4推进剂中氮气溶解度曲线,确定了加注过程中的氮气溶解量,给出了氮气分压初值,用迭代方法计算出推进剂贮箱在任一温度下的压力,为判断贮箱泄漏提供了有效手段.     

低温推进剂加注液位信号智能处理技术研究

低温加注系统是运载火箭发射场地面支持设备的重要组成部分,包括低温介质的储存、运输、供给、控制以及安全等内容。由于低温推进剂本身存在低温沸腾、易挥发的特性,其加注过程十分复杂,为满足新一代运载火箭推进剂精准的加注要求,需要实时准确监测加注过程中贮箱内的液位高度。本文针对火箭地面加注过程的液位信号数据,对其三角波电压和线性波电压的特征进行分析、提取,基于BP（Back Propagation,反向传播）神经网络算法完成对不同加注状态的识别检测,并应用于传感器节数判别,优化了液位计算算法,降低了节数人为干预需求,提高了液位测量准确性。经实验测试验证,该方法可有效识别低温加注状态,识别准确率达到90%以上,用于液位信号处理中可显著提升液位高度计算的准确性。     

低温推进剂深度过冷加注技术研究及对运载火箭性能影响分析

介绍了运载火箭深度过冷加注技术国内外研究现状,分析了深度过冷加注对火箭性能影响。经分析显示,深度过冷加注在降低增压系统规模、减小贮箱容积需求、降低贮箱壁厚、提高发动机预冷适应性、提高推进剂整体品质及发射适应性、缩短加注发射流程等方面均有明显作用。提出了实现深度过冷加注的关键技术及主要技术方案设计。     

空间站的在轨技术(二)——在轨补给

空间的在轨补给技术是航天器主要的在轨服务模式之一。它是延长航天器的有效工作寿命、提高航天器经济效益的主要技术手段。本文在大量掌握材料的基础上,分析了在轨补给技术的现状;概括了空间在轨加注的技术要求;对比了三种典型的在轨加注方案:直接加注,更换贮箱,整体更换推进舵;最后以双组元推进剂加注系统为例,简介系统的结构和工作原理。     

推进剂加注自动控制系统的设计

介绍了在液体火箭推进剂加注过程中，对泵车和槽车工作进行计算机控制的必要性与可能性，对该系统的功能、工作原理和特点进行了介绍，同时论述了在研制过程，硬件部分设计和软件部分编程的实现方法。分析了该系统的可靠性和可扩展性。     

地面发射支持系统发射前无人值守分析与研究

<正>液体运载火箭推进剂具有易燃易爆的特点,从推进剂加注开始,发射火箭塔架周围区域的工作面临较大的安全风险。随着技术进步,世界各国对航天发射现场安全性愈加重视,并加强无人值守发射技术研究。目前,美国、俄罗斯等航天大国的主流运载火箭基本实现了发射前端从推进剂加注开始的无人值守。2016年,“猎鹰”9火箭在加注后发生爆炸,因为实现了发射前端无人值守,未造成人员伤亡。     

低温推进剂火箭喷泉效应及其抑制

针对低温推进剂火箭应用过程中出现的喷泉效应，在深入分析其产生机理的基础上，介绍了氦气注入、补充加注和循环回流三种相应的抑制方法。试验和应用结果表明，这三种方法可有效地实现系统平衡，抑制喷泉效应。     

发射场防爆安全问题

发射场防爆安全问题郑治仁使用液体推进剂的导弹或运载火箭，其推进剂重量往往占有很大比重，例如美大力神Ⅱ洲际导弹，推进剂加注量为１４４吨，占起飞重量１４９．７吨的９６％。美国和前苏联都发生过加注后的洲际导弹发生大爆炸的事故。因此，其安全问题十分重要。那么...     

2000年固体推进剂的发展预测

本文介绍了国外对2000年固体推进剂发展的种种预测,概述了国外固体推进剂发展的主要动向,重点介绍了GAP推进剂的最新进展及应用;并对我国复合固体推进剂30年的发展历程作了简要回顾,对2000年的发展作了粗略预测。     

基于PCA-IMD的加注泵融合式健康监测研究

针对加注系统中加注泵的健康监测问题,提出一种基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)与改进马氏距离(Improved Mahalanobis Distance,IMD)相融合的健康度量模型。对系统健康度、健康度量等相关概念进行研究,选用距离测度中的马氏距离作为度量加注泵健康状态的标准。基于PCA对测试样本进行优化,降低测试样本属性维数,采用IMD计算优化后得到的主成分样本矩阵改进马氏距离,以平均IMD值表征待评估系统的健康状态变化情况。通过加注泵加注过程中实际测试数据验证了该方案的准确性。     

凝胶推进剂雾化研究现状及问题

简要介绍了凝胶推进剂的流变特性,将其流动过程分为三个阶段,列举出了适用于不同剪切速率下的本构方程。介绍了双股撞击式、三股撞击气动式、同轴离心式、脉动式喷注器凝胶推进剂雾化特性研究的现状,指出了影响雾化模式的多种因素及目前研究中存在的问题。     

推进剂微重力加注稳定性仿真分析

针对表面张力贮箱的空间补给,分析了其中的加注稳定性问题,并用FLUENTVOF模型对其进行仿真模拟.分析表明微重力下推进剂加注极易发生不稳定的气液混合现象,需要对加注流量进行控制,或者在贮箱内部增加挡板结构以消减入口液体的动量.     

新型运载火箭低温加注工艺流程及控制策略研究

运载火箭的不断更新换代,对科学的加注工艺提出了更高的要求。以某新型火箭液氧低温加注系统为研究对象,依据低温推进剂的加注结构特点,设计了液氧低温加注工艺流程及相应的控制策略,即以流量为控制目标的PID-DMC串级控制算法。采用分层控制策略,科学合理地通过调节阀门开关控制储罐压力大小,最终达到控制复杂加注系统的目的,并将其应用于某加注任务实践,取得了较好的效果,有效地提高了加注系统的可靠性、安全性。研究结果对新型火箭加注及决策具有实际指导作用。     

一种新型的橡塑复合半膜贮箱

橡塑复合半膜贮箱是为延长姿控发动机加注贮存期而研制的单组元推进剂贮箱。壳体采用钛合金材料,半膜采用双层复合形式,内层的氟塑料半膜与推进剂接触,外层的橡胶半膜对氟塑料半膜起保护作用。该贮箱利用钛合金及氟塑料对DT-3推进剂催化分解速率小的特性来实现长期加注贮存,加注贮存期可达5～10年。研制中,主要解决了橡塑复合半膜的粘合、复合半膜与推进剂的长期相容、赤道圆焊缝焊接时对复合半膜的热影响等关键技术问题,在液、气腔防堵防漏方面采取了独到的措施。三台试制贮箱已通过了各种力学环境试验及性能试验的考核。该贮箱可大大提高导弹的机动性、降低使用维护要求和全寿命周期成本。