高性能的俄罗斯液氧/煤油发动机NK-33

NK—33液氧/煤油火箭发动机是由萨莫拉国家科研生产联合体——“TRUD”为俄罗斯N—1登月火箭研制生产的。这种四级型的 N—1火箭所使用的发动机均为液氧/煤油火箭发动机,其中30台 NK—33发动机用于第一级,8台与 NK—33发动机类似而面积比更大的 NK—43发动机用于第二级,四台 NK—39发动机用于第三级,一台除带有常平座外类似于 NK—39发动机的 NK—31发动机用于第四级。所有上述的液氧/煤油发动机都是六十年代研制的,均采用一个富氧预燃室产生涡轮燃气,气氧与热煤油经过分级燃烧喷注器在8.964～15.169MPa 绝压下燃烧。NK—33、NK—43和 NK—39发动机可控制发动机簇的推力,并提供火箭的推力向量控制。由于采用高室压,NK—33发动机的设计实现了较高的性能和很轻的结构重量。富氧预燃室的采用,使得发动机有较高的燃烧效率和燃烧稳定性。在预燃室中,全部的液氧以58:1的混合比燃烧,所产生的628.15K 的富氧燃气全部用来驱动涡轮泵的涡轮,然后进入喷注器和燃烧室。NK—33发动机的结构牢固可靠,可实现很高的泵出口压力和14.480MPa 绝压的高燃烧室压力,因此,其面积比可达27:1,可产生2913.57m/s 的海平面比冲和3274.1m/s 的真空比冲。气氧和热煤油喷注器可保证发动机推力降至23%推力水平时仍能稳定燃烧。各次试车之间,无需使用溶解剂清洗 NK—33发动机的零件,也没有发动机零件的碳化现象,这是由于取消了富燃料气发生器和降低推力室冷却套中的煤油温度的缘故。NK—33发动机在用于飞行计划以前进行了充分的试验,共进行了910多次试车,累积点火时间达211,800秒。研制和鉴定完成后,先后共交付了250台 NK—33发动机,可靠性指标达到0.996。已经证实,NK—33发动机是一种高性能的助推发动机。它结构牢固可靠;所采用的技术,到目前为止,未见于美国的发动机。NK—33发动机可凭借低成本和高飞行可靠性改进运载火箭的性能。     

美研制新一代可重复使用运载器

NASA马歇尔航天中心的航天发射倡议项目办公室正在研制新一代以煤油为燃料的可重复使用运载器发动机。目前正在研制两种型号的样机,包括波音的罗克达因公司的RS-84原型发动机和TRW航天与系统公司的TR107原型发动机。 煤油推进的运载火箭并不是新想法,早在20世纪60年代末期将宇航员送上月球的“土星V”火箭的F-I发动机就是使用煤油作为推进剂。但目前研制的第二代煤油发动机和F-1将有很大区别。这种新设计的燃烧循环系统更加合理,推进剂在注入燃烧室之前会被预先加热,燃料和氧化剂都得到了重复利用。为了得到更高的推力,煤油将在更高的压力下燃烧,这种新一代煤油发动机的燃烧室压力约为     

煤基与石油基航天煤油掺混理化性能

研究煤基航天煤油和石油基航天煤油不同比例掺混的理化性质变化规律。将煤基航天煤油按照0～100%的比例与石油基航天煤油掺混得到9个样品,对混合样品分别测定其密度、馏程、运动粘度、结晶点、闪点、实际胶质等核心指标,并研究掺混比例和指标点的关系,在此基础上探讨混合油品对GJB 8087—2013《液体火箭发动机用煤油安全应用准则》的适用性。结果表明,两种煤油可任意掺混,各种理化性能均满足使用要求,掺混后的煤油无激励源时不发生化学变化,且呈互溶状态,可长时间放置。两种煤油中链烷烃、环烷烃、芳烃均属于弱极性物质,根据相似相溶原理,相互溶解性好,以任意比例掺混后,长时间放置也不会存在分层等现象。研究结果可为液氧煤油发动机试车及靶场加注时两种煤油能否掺混提供依据,对降低用户油品替换成本具有参考价值。     

液氧/煤油富氧补燃发动机

在分析我国和俄罗斯的液氧/煤油富氧补燃发动机研制过程的基础上,论述了该类发动机的研制特点和研制需解决的关键技术,介绍了它的最新应用和美国引进俄罗斯该类发动机技术的情况.     

液氧/煤油发动机对大气环境的影响

美国国家航空航天局(NASA)按《国家环保政策法》的要求对液氧/煤油和液氧/煤油、液氢三组元发动机进行了环境方面的评估。本文总结了与此相关的数据、报告及计划。推力为725.76T 的液氧/煤油发动机在水冷却试车中可以211kg/s 的量产生一氧化碳。一氧化碳是《空气清洁法》所限制的标准污染物,除此之外还产生其他大量污染物。运用马歇尔航天飞行中心和斯坦尼航天中心周围地区具有代表性的气象状况进行的扩散模拟,表明该地区的空气可以达到空气质量标准。采用 LOX/RP-1发动机的运载火箭对平流层臭氧的影响要比航天飞机对其影响小三个数量级。     

宇宙神将使用俄制发动机

宇宙神将使用俄制发动机美国通用动力公司和俄罗斯的艾诺戈麦什公司最近签订合同，将在通用动力公司一种新型宇宙神火箭上使用俄这家公司研制的一种发动机。这种发动机编号为ＲＤ－１８０，是能源号助推火箭及天顶号芯级所用的四推力室液氧／煤油发动机的双推力室改型。它...     

添加减阻剂的火箭煤油流阻与传热特性研究

针对液氧/煤油发动机性能提升时管路流阻大的问题,采用电传热试验系统研究了高分子减阻剂对模拟管路中高流速火箭煤油的流阻与传热特性的作用效能,并采用分析仪器考察了高分子减阻剂的添加对火箭煤油理化性能的影响。研究结果表明,含有0. 05%减阻剂的火箭煤油的理化性能满足《液体火箭发动机用煤油规范》关键技术指标要求;减阻剂的添加对火箭煤油产生一定的减阻效果,在流速20～60 m/s,温度50～200℃范围内,JZ-1的减阻率达60. 3%～76. 4%,JZ-2的减阻率为33. 1%～48. 4%;而减阻剂的添加降低了火箭煤油的传热性能,且减阻剂分子量越大传热性能降低越明显,在流速50 m/s,温度175℃时,添加JZ-1,JZ-2后火箭煤油传热系数分别下降32. 8%,8. 3%。从减阻剂在改变流动阻力和传热两方面评价,JZ-2对火箭煤油具有较佳的综合性能。     

过氧化氢／煤油发动机推力室气液燃烧数值模拟

采用离散相模拟颗粒随机轨道方法处理两相流动,采用SST后刊湍流模型,利用燃料的单步总反应模型模拟煤油蒸汽燃烧,针对过氧化氢／煤油发动机推力室,进行三维两相燃烧数值模拟。对推力室的总体流场特征及性能进行了初步研究,为开展进一步的数值研究奠定基础。     

气氧/煤油无毒姿控发动机技术研究

为实现运载火箭无毒、无污染、低成本和高可靠的目标,研制了新一代运载火箭辅助动力系统气氧/煤油无毒姿控发动机。经过多年攻关,气氧/煤油系列发动机技术研究工作取得突破性进展,具有可靠的稳态及脉冲工作性能,达到了工程应用要求。首先介绍了气氧/煤油系列60 N,150 N和300 N 3种推力发动机的技术方案和关键技术,重点介绍了关键技术的研究情况,包括点火技术、轻小型电点火器技术、燃烧技术、冷却技术以及高温抗氧化涂层技术等,最后给出了发动机热试车情况,并对3种推力发动机的主要性能进行了总结。气氧/煤油发动机为国内首个达到工程应用要求的无毒姿控发动机。     

我国首次液氧煤基煤油发动机试车获成功

<正>项目进展4月12日,我国首次以液氧与煤基煤油为推进剂的火箭发动机整机热试车在中国航天科技集团公司六院获得成功,证明煤基航天煤油各项指标与石油基航天煤油相当。这次试车成功是液氧煤油火箭发动机研制工作的一项重大进展,也使我国成为世界首个将煤基煤油应用到航天领域的国家,对保障我国高速发展的航天工业燃料     

单级入轨火箭的混合推进系统

目前,许多单级入轨火箭作为一种可能降低向低地轨道发射有效载荷成本的运载手段,正在进行配制方面的鉴定分析.NASA 已设计出一种可操作的,使用液氧/媒油/液氢三组元发动机作为单级入轨火箭的方案.Thiokol 对这种使用捆绑式混合推进系统来增加轨道有效载荷能力的运载火箭进行了评估.NASA 将这种先驱火箭作为一种方案对单级入轨火箭的技术进行了论证。这种火箭称为 X-2000。它的主要推进系统使用液氧/煤油和液氧/液氢两种发动机,Thiokol 通过用混合发动机替代液氧/煤油发动机对主推进系统进行了新的探讨。它采用的混合技术在马歇尔航天中心(MSFC)正在进行验证。因此,混合推进系统是一种有效 SSTO 的推进系统.     

用煤油润滑85mm 滚珠轴承试验研究

对 RP-1(煤油)燃料中以10000r/rain～24000r/min 的转速运转的85mm 向心止推滚珠轴承进行了参数试验研究。作用在轴承上的推力负荷在4450N～17800N 的范围内,径向载荷从1335N 到13350N。一个靠近试验轴承外环的静止喷射环向轴承提供润滑煤油。推力和径向负荷的增加使轴承温度上升,轴转速的增加更使轴承温度大幅度升高。这是滚珠轴承在这种工作条件下的典型趋势。试验结果给出了各种条件下被试轴承的外环温度情况。另外,煤油从轴承上带走的热能是通过测量煤油通过轴承时温度增加的情况而确定的。结果表明,冷却煤油带走的热能总是随轴转速和煤油通过轴承时的流量的增加而增加。     

空气节流对煤油燃料超燃燃烧室燃烧性能影响

采用非定常数值模拟方法研究了空气节流对煤油燃料超燃冲压发动机燃烧性能的影响,并研究了节流流量和节流撤去时间对节流效果的影响。在发动机入口马赫数2.0、静温656.5K、静压0.125MPa的条件下,无空气节流时发动机下壁面稳焰失败,壁面压力较低;有空气节流时发动机下壁面燃料稳定燃烧,壁面压力较高。空气节流可以有效地提高发动机的推力性能,可以改变发动机的燃烧模态。随着节流流量和节流撤去时间的增加,燃烧越来越剧烈,壁面压力逐渐升高,可能影响进气道的起动。节流可能促使流场产生振荡现象,通过改变节流流量也可以消除振荡现象。     

液氧/煤油发动机试车低温测量方法

在液氧/煤油发动机试车中,温度是一种重要的测量参数,其数据测量的准确性、可靠性非常重要。本文阐述了液氧/煤油发动机试车中,影响温度测量的几个重要因素,包括传感器的选型、安装、测量方法、校验、数据处理等。     

补燃循环过氧化氢/煤油发动机性能敏感性分析

针对补燃循环过氧化氢/煤油发动机性能的敏感性,采用敏感性分析方法对影响发动机性能的内外因素进行分析和评估,得到了发动机推力和混合比对不同影响因素的敏感性.研究结果表明,预燃室汽蚀管和涡轮喷嘴有效流通面积、涡轮效率和过氧化氢泵效率对发动机推力影响最大,煤油汽蚀管和过氧化氢主汽蚀管有效流通面积、煤油泵扬程和过氧化氢泵扬程对混合比影响最大.对发动机性能影响较大的因素,在工程实践中应当给予重点关注.     

液氧煤油发动机:航天新征程 动力新高峰

<正>随着长征六号运载火箭一飞冲天,我国航天动力不仅进入了绿色无毒时代,也将我国航天动力推上了新高峰。长征六号火箭的动力系统——三级运载火箭发动机全部都由地处西安航天基地的中国航天科技集团六院研制;一级火箭采用了120吨液氧煤油发动机作为主动力,二级火箭使用的是18吨液氧煤油发动机。液氧煤油发动机填补了我国补燃循环发动机的技术空白,使我国航天动力进入绿色环保新     

世界首台液氧煤油旋转爆震火箭发动机全尺寸样机试验成功

<正>俄罗斯先期研究基金会对世界首台液氧煤油旋转爆震火箭发动机全尺寸样机进行了33次点火试验,验证了旋转爆震火箭发动机的技术可行性。发动机实现连续爆震,产生稳定推力,发动机工作频率达20千赫兹。旋转爆震火箭发动机是一种新概念发动机,主要由环形爆震燃烧室、热射流管、喷管、微型喷嘴等部分组成。燃烧室一端封闭,一端开口,喷嘴均匀分布     

液氧/甲烷发动机的应用前景

通过对甲烷与煤油以及液氧/煤油发动机与液氧/甲烷发动机性能的对比,分析了甲烷的优点。重点介绍了美国、俄罗斯、欧洲、日本、韩国等国家液氧/甲烷发动机研究的现状。综合考虑各种因素,液氧/甲烷发动机是一种具有广泛应用前景的新型发动机,可用于载人亚轨道飞行、高性能飞机、探空火箭、运载火箭上面级、纳米卫星运载火箭第一级。     

T3清洗剂中煤油含量分析方法

为检测液氧／煤油发动机清洗后清洗剂中煤油含量,采用带温度程序的毛细管柱气相色谱法对液氧／煤油发动机组件用T3清洗剂清洗后清洗剂中残留的煤油组分进行分离,所得色谱峰峰形好且稳定,所选分析峰的峰面积与煤油含量在一定的浓度范围内呈线性关系。考察了分析条件、分析方法的重现性、精密度及检测限,建立了T3清洗剂中煤油含量的分析方法。该方法简便、快速、灵敏度高、检测限低。可用于判断液氧／煤油发动机组件清洗干净与否的标准。     

液氧/煤油发动机试车测量系统的抗干扰技术

结合液氧／煤油发动机试车台测量系统设计、安装实际情况,全面系统地阐述了测量系统中的抗干扰技术及其在液氧／煤油发动机试车中的具体应用。主要包括：隔离技术、滤波技术、长线传输技术、接地技术、供电系统抗干扰技术。试车证明测量系统的信噪比优于50dB,且性能稳定、工作可靠、测量数据准确有效。