惯性顶级固体发动机的研制现状

惯性顶级(IUS)全尺寸发动机研制计划包括三级发动机的设计、研制和飞行鉴定。这些发动机按不同方法组合起来,可以用来满足给定的有效载荷的能量要求。推进系统的设计已经完成,当前的主要精力集中在完成鉴定阶段前的研制阶段试验上。到目前为止,所有的静止试车都是成功的。本文首先介绍一下惯性顶级飞行器,接着描述每级固体发动机的设计特点,最后总结了迄今为止所作的发动机各部件和整机的试验结果。在必要的地方,文中深入地分析了每项试验中哪些方面是重要的,为什么重要,以及怎样满足了惯性顶级的这些要求。     

基于Creo的固体火箭发动机试验虚拟装配技术应用

为了提高固体火箭发动机试验装配效率及准确性,以Creo软件为平台,研究了虚拟装配技术在试验中的应用。主要介绍了试验工装三维建模过程、虚拟装配方法,并通过干涉检测分析方法检测了试验结果、工装设计。通过在某型号固体火箭发动机壳体外载荷试验中应用表明,该方法不仅可以模拟试验装配流程,验证工艺流程的合理性,而且可以对试验结果进行干涉检测,推动了固体火箭发动机试验数字化的进程。     

高性能战术导弹发动机的研制

根据空军火箭推进实验室的合同 F021611—78—C0061,已研制了一种固体燃料火箭发动机,用于空中发射高性能战术导弹。该发动机采用了凯夫拉纤维缠绕壳体,高固体含量的 HTPB 推进剂,直径为20.5英寸。它包括连接凯夫拉壳体的飞机发射吊耳连接器,塑料的火箭式点火器,EPDM 绝热层和含90%固体,其中22%铝粉的推进剂配方。到目前为止,已制造了五台壳体,其中两台为发动机。一台已进行了水压爆破试验,有两台以假发射/系留飞行加载的安装形式进行结构试验,两台用作发动机,并在环境温度和一65℉温度条件下成功地进行静态试验。低温发动机试验包括在燃烧初期和末期有两次感应冲击脉冲,以便试验弹道稳定性。发动机的性能极好,得到的比冲与予计的相同。全面鉴定了高固体含量 HTPB 推进剂(TP—H1203)在-65℉温度下的力学性能。对推进剂的松弛模量、双轴拉伸,高速/加压的单轴拉伸性能进行了测量;还对裙部剪切强度,人工脱粘的拉伸强度及绝热层/包复层/推进剂系统之间的模拟人工脱粘端面强度进行了测量。由于发动机和推进剂的实验成功,因此,研制计划扩大了。其中包括将壳体结构重新设计以便完全适合于系留飞行加载环境,并解决在结构加载试验中所发现的强度/刚性问题。这一新的工作将包括另外制造两台壳体,进行结构试验及实验室材料试验和缩比的结构评价等项目。石墨纤维将与凯夫拉为基的叠层片成为整体,使壳体结构足以承受局部超过37,000磅的径向载荷。     

可延伸出口锥的研制与试验

1979年法国欧洲动力装置公司(SEP)开始研制可延伸出口锥(EEC)。共进行了六发点火试验,均取得成功。下一发点火试验计划在1987年6月进行,届时,将对四种不同方案进行评估,其中包括折叠花瓣式及套筒锥式两种方案。EEC是固体火箭发动机喷管的一个复杂部件。为了提高它的可靠性及降低研制成本,设计必须尽可能简单。碳/碳部件采用三向增强细编织结构,可以做到设计简单,适用于目前既复杂又能装配的结构。如花瓣式和套筒锥式就可以采用这种称为SEPCARB NOVOLTEX材料。     

美国固体火箭行业1988年的头等大事

恢复航天飞机飞行和改进航天飞机,是美国固体火箭行业1988年优先考虑的一件大事。为此,莫顿锡奥科尔公司进行了缩比发动机,短长度发动机、全尺寸发动机等的点火试验,并在3月和7月向 NASA 的肯尼迪航天中心各交付了一套用于飞行的固体火箭发动机。并进行了两发研制发动机、两发鉴定发动机和一发生产检验发动机的全尺寸点火试验。在鉴定发动机试验中,使发动机承受了侧向载荷。试验证明新接头的位移小于旧接头,在侧向载荷作用下没有开启。生产检验发动机的试验验证了现场接头和喷管——壳体接头对主要人为缺陷的敏感性。     

低温点火条件下药柱结构完整性分析与试验

固体发动机在低温点火条件下,药柱承受低温和压力载荷的联合作用,结构完整性受到严峻考验,极易发生故障。基于三维粘弹性有限元法,采用MSC. Patran/Marc有限元软件,分析了某模拟发动机药柱在低温和低温点火升压两种载荷下的结构完整性,利用固体发动机冷增压试验系统对该型发动机进行了冷增压试验,考虑温度和压力载荷的不耦合特性,将试验结果与数值仿真结果进行了比对分析。研究表明,药柱在低温点火条件下安全系数为2.46,结构完整性满足要求;试验结果与仿真计算结果一致性较好;相关研究方法和结论可为固体发动机设计、分析与试验提供参考。     

惯性顶级发动机壳体研制

本文详细介绍了化学系统分公司(OSD)研制的惯性顶级(IUS)推进系统采用的63英寸和92英寸直径的凯夫拉/环氧纤维缠绕的火箭发动机壳体的设计和试验结果。IUS 要求发动机壳体结构性能超过大型复合材料发动机壳体当前的技术水平。尤其要求 SRM—1裙的结构承载超过凯夫拉/环氧裙当前水平的50%,压力容器的性能超过当前水平的35%。至今多次全尺寸爆破压力试验表明惯性顶级发动机壳体超过了当前技术水平的要求,壳体效率(PV/W)高达1.27×10~6英寸。SRM—1结构试验在压缩线载荷—3564磅/英寸和峰值为2298磅/英寸的剪切载荷联合作用下,超过当前技术水平48%,超过要求值的18%。     

固体火箭发动机的环境贮存试验和使用寿命预估方法

本文第一部分简介了固体火箭发动机的贮存和综合环境试验,提出了主要的贮存和环境试验设备,以及主要的测试仪器等。第二部分介绍了固体火箭发动机的使用寿命预估方法。早期采用长期监测计划预估发动机寿命,后来改进为长期使用寿命分析计划预估发动机寿命,该计划包括破坏模式分析、过载试验、破坏概率分布和老化试验四方面的内容。最后得出了几点结论。     

固体推进剂药柱的可靠性—力学模拟发动机的设计和试验

评价固体推进剂药柱的可靠性,主要是依据对其力学性能的评估。用全尺寸药柱进行试验,通常是很困难的,并且费用昂贵。本文介绍了一种能反映全尺寸发动机的特型小尺寸、低成本模拟发动机的研究和试验。这种发动机可模拟全尺寸发动机药柱(88%固体含量的CTPB推进剂)的条件进行力学性能试验。进行了大量的、承受多种载荷条件(温度循环和/或加压)的模拟发动机试验。给出了试验结果,并首次给出了与尚在发展中的理论计算有关的分析。     

1988年美国固体战略导弹研制的进展

1988年,美国空军小型洲际导弹计划已进行了一些全尺寸研制发动机试验。赫克里斯公司研制的第三级发动机在空军阿诺德工程发展中心的高空舱里进行了高空模拟试验.这种发动机采用了缠绕的弹性绝热层,以及由自动化三维碳-碳编织和致密化法生产的三维碳-碳出口锥.     

气液双组元单喷嘴高频不稳定性热模拟试验研究

本文介绍了在低压下进行气液双组元单喷嘴高频稳定性热模拟试验的基本情况、试验方法、试验原理和试验结果。该试验方法独特、操作简便、成本低廉、危险性小。这种试验方法可应用于其它新型号的研制和喷嘴设计中。通过单喷嘴高频稳定性热模拟试验,可以获得喷嘴结构参数和工况参数变化对高频燃烧稳定性的影响趋势,在液体火箭发动机研制初期可获得较为可靠的高频燃烧稳定性信息,选出燃烧稳定性相对好的喷嘴方案,可以降低发动机研制成本和降低研制风险。     

阿里安V上面级发动机VINCI的研制状况

本文对2002年6月以前VINCI发动机的研制进展情况进行了综述.阐述了VINCI发动机的系统、结构以及发动机的细化设计(包括机械分析模型和热力学模型),介绍了VINCI发动机制造和发动机主要组件的试验情况,最后对VINCI发动机的试车台和试车计划进行了简介.     

固体火箭发动机喷管用聚丙烯腈原丝材料的研制

本文介绍了聚丙烯腈原丝碳布酚醛复合材料的研制和鉴定.研究结果表明,这种材料是比人造纤维原丝碳布酚醛复合材料性能更好的一种烧蚀材料,可用它作为固体火箭发动机喷管的主要烧蚀材料.     

阿里安-3固体助推发动机研制概况

1983年7月15日,阿里安-3固体助推发动机在意大利的科莱弗洛(Collefero)进行了最后鉴定试车,取得圆满成功。至此,该发动机为期近三年(1980年9月～1983年7月)的研制工作宣告结束。这种装药7.35吨的固体发动机,是在法国国家空间研究中心(CNES)的指导下,由意     

M—X某些研制情况

在M—X 批准阶段(Validation phace),研制的重点为推进装置、制导设备、再人体,以及机动发射。推进装置方面,将研究采用高能推进剂,以及重量小、推力偏角大,扩散段可延伸的喷管,比重小的壳体材料。为了利用先进的推进技术,计划研制和试验一些先进的末级发动机初样机(Preprototype),它采用改进的推进剂和先进的壳体结构。这种发动机有四发要在阿诺德工程发展中心进行高空模拟静态点火试验,第五发将在模拟的活动条件下进行振动和冲击试验。第三级研制计划中,将生产和试验具有早期推力终止能     

卡斯特12O交付进度加快

在成功地进行了一次全尺寸点火试车之后,锡奥科尔公司已提出了一个时间更短的卡斯特120固体发动机交货进度安排。根据新的安排,这种新型推进系统可在订货后12个月内交付,其中包括研制周期较长的项目。 卡斯特120是3月4日在华氏30度(摄氏1度)的低温下进行试验的。试验持续了87.6秒,使用的是水平静态试车台。卡斯特120是一个固体发动机系列,能用作运载火箭的第一、二级,也     

编织碳/碳喷管的研制

本报告讨论了一种先进的碳/碳材料的研制及其在固体火箭发动机喷管中的应用。这项研制工作是莫顿·锡奥科尔公司瓦沙奇分部研究与发展计划的一部分。1981年,莫顿·锡奥科尔公司研制的二维碳/碳出口锥成功地通过了试验。但是,这种材料缺乏足够的轴向刚度,并显示出较低的层间强度。因此,进一步研制了一种新的使用整体轴向和径向碳纤维的连续四维编织物。材料的特性试验表明,这种材料具有突出的力学性能:抗拉强度为2.068×10~8Pa,而且有较高的破坏应变和较低的模量。喷管用机械加工方法预制成型,因而制造成本较低,研制投产时间较短而且材料价格便宜。另外,由于排除了人为因素在生产过程中的影响,因而具有较高的可靠性。通过喷管内轮廓上纤维束的定向排列可以得到近似的编织形状和厚度的部件。为1985年静态试验用的整体喉部出/入口锥(ITEC)和常规出口锥构件已经制成。     

印度将研制先进的同步卫星发射装置

印度政府已经批准印度航天研究组织研制一种先进的地球同步卫星发射装置GSLV-MKⅢ,它可以将4t重的卫星送入地球同步轨道。 这种发射装置共分3级。第一级是装有110t燃料的液体推进剂发动机。第二级为两个捆绑式的固体推进剂发动机,每个发动机内各装有200t燃料,第三级发动机装有25t低温燃料。发射装置全长42.4 m,起飞质量为630 t。预计研制时间为6年。2001年4月18日,印度用自行研制的地球同步卫星发射装置GSLV-MKⅠ将1.5t级的卫星送入地球同步轨道。印度计划在2002～2004年期间利用改进型的地球同步卫星发射     

大西洋研究公司为SDI研制推进系统

大西洋研究公司为“星球大战”(SDI)计划研制出一种非常轻的、整体式的固体火箭发动机和喷管。发动机是用碳石墨纤维和碳基体制造的。该公司的TACMS的固体火箭发动机样机直径为0.61m,其生产型发动机的直径将为0.66m。为了能在“星球大战”计划中用于空基推进系统,该公司以及其它公司正在研制新型高性能推进剂和轻质、高     

航天飞机纤维缠绕壳体的抗压强度研究:第一部分—试验

航天飞机起飞的瞬间,其主发动机的点火给予固体火箭助推发动机的纤维缠绕壳体一个很大的弯矩,使复合材料壳体的尾部受到了很大的压缩载荷。由于连接的需要,复合壳体尾部具有很复杂的设计,涉及到嵌入的布带和螺旋层减薄问题。为了研究发射瞬间加载状态下的纤维缠绕壳体性能,开始了试验和分析的综合研究。本文将叙述试验计划的研究结果,包括几台全尺寸和300多台缩比壳体的试验。该计划从短期研制工作开始,其目的是要确定适合的缩比试验样品,以便测定材料的抗压强度。一旦缩比样品确定之后,就开始实施更全面的试验计划来确定缠绕壳体的工艺和设计参数变化对强度的影响。为了验证分析预测的有效性,在模拟发射瞬间的弯曲状态中进行了全尺寸壳体试验。在所有的试验中特别注意观察壳体破坏的顺序,即载荷从螺旋层薄弱部位传递到坚固布带终止部位的复杂过程。