气动增压空间推进系统及相关技术试验研究

简要介绍了气动增压空间推进系统方案及组成,开展了基于气动增压原理的新型发动机技术试验研究,重点分析了气动增压空间推进相关技术试验结果和系统性能。结果表明,气动增压空间推进系统同时具备多次起动和高室压的优点,相关技术得到了验证。     

电推进飞行试验在轨诊断技术

文章介绍了国外在电推进空间飞行试验或型号应用中采用在轨诊断技术的情况,结合电推进系统飞行性能测量和电推进系统与应用航天器之间相互作用的研究,讨论和评价了电推进在轨诊断技术。     

电推进系统空间试验技术研究

电推进系统的相容性、空间推力/比冲等是空间应用关注的重要性能指标。根据电推进系统未来空间试验技术发展趋势,调研了国内外离子、霍尔电推进系统的推力、电磁兼容性、对卫星的污染等空间试验情况,结合我国电推进系统首次开展空间试验现状、电推进系统的布局,以及星上配备的卫星污染与电位监测器,对空间环境条件下卫星的污染、电推进自身及卫星设备的电磁兼容性、空间推力标定方法、推进剂剩余量分析方法等进行了研究。通过电推进系统在轨连续试验、电推进羽流影响等分析,得到电推进对卫星周围污染情况、电推进与卫星平台的电磁兼容性等在轨性能参数,可为全面评价电推进系统技术、科学制定电推进空间试验计划及电推进空间应用提供依据。     

基于差动气动增压装置的多次启动一体化动力系统特性

高性能、轻质量、小尺寸的上面级动力系统可以为整个任务节省更多的质量和空间,从而增加有效载荷的质量。提出了一种基于差动气动增压装置的多次启动姿轨控一体化动力系统,动力系统由主发动机系统、姿控发动机系统、一体化供应系统等组成。该动力系统的系统级试验验证结果表明:姿控发动机与主发动机可通过共用贮箱实现推进剂的一体化供应; 主...     

可贮存推进剂泵压式液体火箭发动机多次起动系统研究

在推力超过一定量级、任务时间较长的情况下,泵压式发动机比挤压式发动机具有明显的技术优势。从国内外上面级及重型空间飞行器推进系统的发展需求来看,均要求其主发动机具有多次起动工作的能力。针对采用可贮存推进剂的泵压式液体发动机多次起动需求,对几种可选的多次起动系统方案进行了比较分析,介绍了起动箱式起动系统的研究情况。     

推进系统并联贮箱均衡排放性能及其控制措施

推进系统在工作过程中,贮箱排放的不均衡性将引起飞行器质心偏移,产生干扰力矩。对空间推进系统并联工作的金属膜片贮箱均衡排放的影响因素进行了分析,结合均衡排放的控制措施对某型号推进系统工作过程中的排放不均衡量进行了预计,并与飞行试验结果进行了比对。飞行试验结果表明控制措施可行、有效。     

用于航天飞机改进的助推器及液体推进系统方案选择

NASA为满足空间发射需要,要求提高安全性和减少操作成本。本文将分析航天飞机助推器改进型及其推进系统方案以及它们在未来空间发射中的应用。主要是分析航天飞机各种改进方案的优点和液体推进系统。为深入了解航天飞机改进的益处,对其助推器推进系统进行比较,并介绍规范研制和操作成本的评估。     

液氧/甲烷轨姿控推进系统集成演示试验

为验证液氧/甲烷轨姿控一体化推进系统涉及的主要关键技术和安全操作流程,上海空间推进研究所研制了国内首款氦气恒压挤压式液氧甲烷推进系统演示样机。历时3年,演示样机于2021年底顺利完成多轮次地面热试车考核,系统运行平稳,轨/姿控发动机工作协调、产品状态良好。介绍了演示样机的设计方案、研制历程和集成演示试验结果,以及轨/姿控发动机的设计与试验情况。液氧甲烷推进系统累计完成48次/约6000 s系统冷/热态试验考核,配套的5 kN轨控发动机累计完成点火工作40次/1860 s,配套的150 N/25 N姿控发动机累计完成稳态工作1690 s/脉冲点火约1250次。演示样机热试车的成功,标志着我国液氧甲烷空间推进系统实现了从“0”到“1”的突破,为后续型号工程应用奠定了基础,也为我国液体空间动力的升级换代和可持续发展提供了有力支撑。     

下一代火箭发动机

评述由地球发射入轨的运载火箭推进技术,提出了几种推进系统的新方案.这些新方案能满足美国空间发展委员会规定的作为2000年使用的大型运载火箭的基本要求.2000年使用的运载火箭的主要特点是首先必须保证其可靠性.而可靠性的获得又需要极为严密的结构设计以及合理、经济、高效的研制计划和鉴定计划.为了改进下一代空间运输推进系统,需要选择最佳的后备动力和循环系统,还要采用一些新的发动机设计方案,这样才能满足推进系统耐用、可靠和经济等要求.举例来说,采用推进剂或其它流体作为冷却介质和驱动动力源,能使长寿命涡轮机启动平稳、可控和降低涡轮燃气温度.所提出的新方案有:使用LOX/LH_2、LOX/LH_2 HC和LOX/LH_2 HC Al等不同推进剂组合的双扩张段发动机,LOX/LH_2发动机、LOX/HC发动机以及混合比可调的发动机.最后详细介绍一种风险很小、发射成本低、可完全重复使用的推进系统.     

兰州空间技术物理研究所电推进新进展

兰州空间技术物理研究所是我国电推进技术研究和产品研制的主要单位。2014年兰州空间技术物理研究所在电推进发展中取得了多方面的重要进展,分别从空间飞行试验、型号产品研制、新产品开发、专业技术基础研究等方面进行了总结性的系统介绍。空间飞行试验包括了SJ-9A卫星离子电推进系统和XY-2卫星霍尔电推进系统,型号产品研制包括了DFH-3B平台首发卫星LIPS-200离子电推进系统、DFH-5卫星平台和全电推进卫星平台的LIPS-300离子电推进系统及LEO大型航天器主动电位控制系统,正在研发的新产品包括LIPS-200+,LIPS-100和LIPS-400等离子推力器及LHT-140霍尔推力器,电推进专业技术基础研究工作主要包括栅极组件工作寿命分析及概率性评估、放电室性能分析及优化以及基于等离子体能量沉积的推力器热分析等。     

KM6水平舱环境控制系统

为满足中国载人航天的需求,研制了可进行人-船-服联合试验的大型空间环境模拟设备——KM6水平舱。文章介绍了该模拟设备的环境控制系统。它有两大功能:一是为舱内参试人员提供气体和应急救生用气;二是控制试验环境,包括对各种环境参数的控制,如控制舱内温度、湿度、压力、局部氧气压力,清除舱内气态污染物。在对水平舱减压时,不仅要注意每一项参数的控制稳定性,还要注意对所有参数的整体控制,因为这些参数是互相关联的。为了研究这些参数之间的关系,对该舱建立了数学模型,得出了不同边界条件下的最优控制方案。     

运载火箭模态试验仿真技术研究新进展

针对传统数学模型修改技术无法解决大型工程问题的局限性,为了实施模态试验仿真,提出一套适用于航天器复杂结构模型修改新技术,称之为子结构试验建模综合技术。简要综述在运载火箭模态试验仿真技术方面研究的新进展,并介绍两个应用实例:一是CZ-2E运载火箭全箭模态试验仿真与预示,用介绍的模态试验仿真技术成功地预示运载火箭模态参数,预示的模态与随后进行的实尺运载火箭模态试验所测到的模态非常一致,进而验证介绍的仿真技术的可靠性;另一个是CZ-2F载人运载火箭全箭模态试验仿真,它为箭船耦合动力学分析提供了可靠数学模型与数据。这两个大型工程应用实例说明了运载火箭模态试验仿真技术的工程实用性。     

液体火箭发动机泵动态特性水力试验研究

为了获取新一代大型运载火箭POGO稳定性分析及液体火箭发动机动力学研究等所必需的发动机泵动力学传递函数,进行了以常温水为试验介质、全尺寸降转速液氧/煤油补燃循环发动机氧泵的动态特性水力试验,对试验原理、试验模拟准则、隔离贮箱设计、激励系统设计、控制和测量分析系统设计、试验内容及数据分析方法等进行了深入探讨。通过试验成功地识别出泵的POGO动特性参数及参数的规律特点,为其他水力试验和真实介质试验储备经验。     

基于准静态载荷的航天器系统级正弦振动试验力限条件

以运载火箭研制方提供的准静态载荷为依据,提出了改进的航天器系统级正弦振动试验力限条件,并结合典型算例与目前采用的传统力限条件进行了对比研究。研究表明:改进的力（矩）限条件及相应的加速度下凹条件剔除了对界面合力（矩）无影响的过载项,物理概念更为清楚,计算方法更为合理;改进后的力限或加速度条件明显低于传统的试验条件,有利于减少航天器系统级试验中的过试验现象。     

液氧/煤油发动机燃料节流阀试验技术

在长征系列发动机主泵试验系统现有的基础上经局部改造而建造了燃料节流阀试验系统。利用长征系列发动机主泵作为动力源,提高其转速,解决了燃料节流阀试验要求的高扬程、高背压等技术难题。设计改进了控制高压供气系统。在高入口压力下对节流阀的性能进行了成功试验。动态特性参数的测得为燃料节流阀工作特性的深入研究提供了有效依据。     

大型捆绑运载火箭姿态控制系统

本文介绍了大型捆绑运载火箭姿态控制系统方案、工作原理和首发飞行试验结果,并将部分参数同美国航天飞机进行比较。     

基于RBCC的天地往返运载器动力方案研究

基于火箭基组合循环发动机(RBCC)的结构组成、工作过程和特点,结合某吸气式重复使用天地往返运载器所提出的动力需求,分析了采用RBCC组合循环发动机作为该运载器动力方案的可行性和动力系统指标,设计并计算了RBCC组合循环发动机在各个工作模态下的性能参数.针对相同的运载器使用要求,采用相同的总体和气动力参数,通过飞行弹道仿真,计算和比较了采用RBCC发动机和纯火箭发动机两种动力方案的天地往返运载器方案.研究结果表明,相对于纯火箭动力,采用RBCC动力能明显减小运载器的燃料消耗,并增大其航程.     

中国运载火箭地面系统发展方向研究

地面系统用于支持和保障火箭的发射与试验,对火箭的使用性能、发射能力、发射场配置及工作流程等有重要的影响。调研了国外运载火箭地面系统发展现状,总结了国外运载火箭地面系统发展趋势。从快速发射、简易发射、安全发射、自动发射和通用发射等方面提出了地面系统发展思路和主要关键技术,为我国后续运载火箭地面系统发展提供参考。     

Atlas II and IIA analyses and environments validation

General Dynamics has now flown all four versions of the Atlas commercial launch vehicle, which cover a payload weight capability to geosynchronous transfer orbit (GTO) in the range of 5000–8000 lb. The key analyses to set design and environmental test parameters for the vehicle modifications and the ground and flight test data that validated them were prepared in paper IAF-91-170 for the first version, Atlas I.

This paper presents similar data for the next two versions, Atlas II and IIA. The Atlas II has propellant tanks lengthened by 12 ft and is boosted by MA-5A rocket engines uprated to 474,000 lb liftoff thrust. GTO payload capability is 6225 lb with the 11-ft fairing. The Atlas IIA is an Atlas II with uprated RL10A-4 engines on the lengthened Centaur II upper stage. The two 20,800 lb thrust, 449 s specific impulse engines with an optional extendible nozzle increase payload capability to GTO to 6635 lb. The paper describes design parameters and validated test results for many other improvements that have generally provided greater capability at less cost, weight and complexity and better reliability. Those described include: moving the MA-5A start system to the ground, replacing the vernier engines with a simple 50 lb thrust on-off hydrazine roll control system, addition of a POGO suppressor, replacement of Centaur jettisonable insulation panels with fixed foam, a new inertial navigation unit (INU) that combines in one package a ring-laser gyro based strapdown guidance system with two MIL-STD-1750A processors, redundant MIL-STD-1553 data bus interfaces, robust Ada-based software and a new Al-Li payload adapter. Payload environment is shown to be essentially unchanged from previous Atlas vehicles. Validation of load, stability, control and pressurization requirements for the larger vehicle is discussed.

All flights to date (five Atlas II, one Atlas IIA) have been successful in launching satellites for EUTELSAT, the U.S. Air Force and INTELSAT. Significant design parameters validated by these flights are presented. Particularly noteworthy has been the performance of the INU, which has provided average GTO insertion errors of only 10 miles apogee, 0.2 miles perigee and 0.004 degrees inclination. It is concluded that Atlas II/IIA have successfully demonstrated probably the largest number of current state-of-the-art components of any expendable launch vehicle flying today.     

动力系统试验吹除系统调试问题分析

新一代运载火箭动力系统试验台首次承担某型号动力系统试验任务,在发动机燃料头腔（燃气腔）吹除调试过程中发现吹除压力偏低,难以满足试验要求.介绍了吹除系统组成及利用孔板模拟发动机吹除路背压的调试方案,分析了引起吹除路压力偏低可能原因是孔板模拟的额定吹除流量或供气管路的阻力系数偏大.因此,通过模拟孔板流量系数标定和管路流阻特性计算,最终确定供气管路阻力系数偏大是引起吹除压力值偏低的主要影响因素,并通过制定加大供气管路内径、减少系统阀门数量等针对性改进措施,优化了地面配气工艺系统.经试验验证：吹除压力偏低的原因分析是正确性的,采取改进措施后供气管路的流阻损失降低了47％.同时确定了试前气源的容积及充气压力,保证了试验的顺利进行.