NASA成功试验航天飞机主发动机

2005年10月25日，美国国家航空航天局（NASA）斯坦尼斯航天中心成功进行了航天飞机主发动机试验，发动机点火试验时间为520秒，这是航天飞机进入轨道所需要的时间。     

航天飞机主发动机液氧泵高同步振动问题

有效地解决推进系统发动机研制中出现的问题是航天系统成功的关键。航天飞机主发动机(SSME)研制阶段改型的液氧泵出现了一些问题使计划遇到麻烦,需特别注意解决。其中高同步振动问题最为严重,要求政府承包商协同预以解决。本文介绍研究方法(故障树逻辑法)、轴承转子动力系统的复杂性,问题及其解决措施。     

基于风险评估的航天飞机主发动机红线管理策略

本文以航天飞机主发动机为研究对象,运用定量风险评估技术建立了发动机的风险模型,通过对发动机失效的随机分布进行研究,确定了发动机出现故障时的红线管理策略。     

航天飞机主发动机主要工况验证试验

在1995年8月至1996年5月间,利用技术试验基础(TTB)发动机实施了航天飞机主发动机(SSME)试验计划。对单级入轨火箭的研究表明,扩大推进系统的工作范围可显著降低火箭重量和成本。该试验计划证明,SSME 能在很宽的工作范围内安全工作,因此可用于单级入轨任务。共完成了八项试验,其中四项是在马歇尔航天飞行中心(MSFC)先进的发动机试验台上完成的,另外四项在斯特尼斯航天中心(SSC)A—2高空试验台上完成。主要试验项目有:1)发动机混合比在5.4～6.9之间的主级工况;2)在显著降低发动机入口压力(液氧为0.34MPa,燃料为0.26MPa)下的额定起动性能;3)在额定功率(RPL)的17%,22%,27%,40%,45%和50%下的低功率工况。采用高度仪表化的 TTB 发动机能够详细研究发动机系统的工作情况,这是标准的 SSME 所不能完成的,而且对更深入地了解SSME 和一般液体火箭发动机的能力起到了重要作用。     

对航天飞机主发动机高压燃料涡轮试件进出口径向和周向流动的测试研究

在液体火箭发动机涡轮的热试过程中,由于工作条件极端恶劣,要进行细致的流场测量是不可能的。但是,这些测量参数对于了解涡轮中复杂的流动又非常重要。马歇尔太空飞行中心(MSFC)采用全尺寸的发动机涡轮在等效的空气条件下进行了流场参数测量,用三孔眼睛蛇型探头、热膜探头和激光多普勒速度仪测量了航天飞机主发动机高压燃料涡轮进出口气流的速度分布、湍流强度以及附面层厚度,并用这些参数来完善计算流体力学的分析模型,进一步提高涡轮设计水平。本文还根据设计工况的一例试验结果对所使用的设备和测量方法进行了评述。     

航天飞机固体火箭发动机内流场

利用发动机缩比模型,采用流动显示技术,研究了航天飞机固体火箭发动机的内流场,模型包括燃烧室后段、后封头及摆动喷管的收敛段,用均匀分布的水流通过模型燃面,模拟了点火后三个不同时刻的实际燃面所产生的加质流对流动的影响,结果发现,流动因阻燃层存在而产生的涡流大为减少;减少部分阻燃层时,所产生的回流也是有限的;当燃烧室后部没有装药时,观察到了很强的回流。     

航天飞机主发动机高压氧涡轮泵可选方案中阻尼(减震)轴承的研制

航天推进涡轮机的研究产生了一种可供选择的液膜轴承设计方案,考虑应用于航天飞机主发动机(SSME)高压氧涡轮泵另一方案(ATD HPOTP)中。这种液膜轴承有以下两种功能:①泵端轴承功能;②预燃室泵后端耐磨环形密封功能。该方案由于淘汰了目前使用的滚动元件轴承,因而大大减少元件数目及组装成本。本文描述了设计范围、设计思路,以及轴承元件对涡轮泵液压动力性能和转子动力性能的影响。     

航天飞机固体火箭发动机现场接头测量装置

本文介绍了一种固体火箭发动机现场接头配合表面直径和偏差的测量装置。     

航天飞机发动机的焊接

美国洛克威尔公司Rocketdyne分公司用机器人气体保护钨极电弧焊焊接航天飞机主发动机.该公司在独特的焊接结构中采用的是高强度合金钢,其中包括镍基和铁基的铬铁镍合金和不锈钢.采用机器人技术能解决这一焊接所带来的难题.这项技术包括初步使用预编程机器人焊接单元、视觉焊缝跟踪器、焊缝熔池焊透传感器和脱机编程.对该焊接系统结构、性能和操作顺序作了详细介绍.焊接系统的核心是Cybotech机器人和RC-6控制器.最后叙述马歇尔空间飞行中心和Rocketdyne公司对这一技术的研究工作.     

一种用于航天飞机轨道飞行主推进器耐硝酸铁喷注器阀的研制

Kaiser Marquardt 公司已经研制了一种直接作动式推进剂喷注器阀门来替代目前航天飞机轨道复位控制子系统主推进器使用的先导式阀门。设计的新阀门是对目前使用阀门缺点的改进,包括:对氧化剂系统内硝酸铁污染的敏感度,低温和干密封泄漏,及由于压力冲击导致的误动作。作为未来的替代阀门,设计的直接作动式阀门(DAV)使装有直接作动武阀门的主推进器完全可以替代装有先导武阀门的推进器,正因为采用相同的结构和电气接口,所以不需改变子系统的设计就可实现替代。直接作动式阀门包括一个波纹管使推进剂与作动器隔离以达到最耐硝酸铁和其它污染的目的,并且允许作动器选用最佳材料。波纹管同时可提供部分压力平衡以减少对电磁力的需求。由于直接作动式阀被迫受到原先的先导式设计的同样严格的外廓尺寸和功率的限制,所以直接作动式阀门电磁作动器的设计用 Kaiser Marquardt 公司的计算机程序高度优化.直接作动式阀门用锥面密封代替先导武阀门平面密封设计,这已经在其它阀门方案中被证明更为有效。直接作动式阀门内部的流场分布比靠液压作动主级的先导式阀门简单得多.设计的直接作动式阀门使推进剂陷坑最少,因而没有流道节流产生的在压力冲击时使阀门微微开启的压力不平衡。本文包括阀门设计说明书和阀门研制试验结果摘要。在研制方案阶段制造的阀门正用于 NASA 的白沙试验室的一种推进器海平面试验方案,接着将是子系统海平面试验。     

航天飞机固体火箭发动机计划实施中取得的教训

在美国航天飞机固体火箭发动机计划中,对“挑战者”号悲剧以前24次飞行所取得的教训进行了说明和讨论。对诸如飞行安全性、重复使用要求、系统可靠性、结构状态以及由重返大气、水冲击和修复而造成的结构件损坏等方面作了分析和实际飞行达到的性能之间的比较。所取得教训的内客可分为三大类:a.飞行安全性;b.性能;c.重复使用/成本。在每一类中,重点是确定改进的具体方案。很明显,由于考虑进度和成本,大大减小了对有利于飞行安全性的重视程度,结合所取得的教训,对初始系统设计、冗余系统、制造和装配工艺以及发射的约束条件等方面的变化进行讨论。     

水平起降航天飞机火箭—冲压—火箭方案概念研究

本文提出了水平起降、两级入轨航天飞机的火箭-冲压-火箭方案。着重讨论了实现这个方案的推进系统,对冲压发动机采取了提前点火和高空补氧两项关键技术,使本方案具有可行性。在优化了推进系统的基础上,提出本方案航天飞机总体布局和基本尺寸,并给出飞行轨迹。通过质量计算所得的有效载荷比具有先进性。     

重新设计的航天飞机固体发动机现场接头的设计和热验证

重新设计的航天飞机固体发动机现场接头的内部绝热层是发动机钢壳体和O型密封环的热防护部件.为了防止燃烧室高温燃气到达接头内部,采用了一种无通孔绝热层设计方案.对假想的缺陷和由这些缺陷造成的沿接头粘合面以及O型密封环发展的泄漏通道进行了分析,以验证接头在这些不希望出现的条件下能否完满地起到密封作用.同时还进行了接头中有预设缺陷的发动机的静态试车,验证这种设计对缺陷和由此产生的泄漏通道的不敏感性.试验与分析的结果表明,该设计满足所有的性能和安全要求.     

Shuttle-C主推进系统

Shuttlc-C是一种由航天飞机衍变而来的高运载能力、低成本运载系统,它能将45.4～68吨的有效载荷送入低地轨道。其主推进系统将采用两台或三台航天飞机主发动机,在许多方面与航天飞机的主推进系统有相似之处,并将保持航天飞机主推进系统的高可靠性。该系统的研制可利用已有的航天运输系统研制数据库,从而可大大降低研制成本。     

用于火箭发动机的高温高压光学通道

本文对液体火箭发动机热气系统视窗组件的设计,制造和试验进行了描述。航天飞机主发动机燃料预燃室的热气体可用视窗进行光学测量,该部件采用多路遥控光学测量技术,其中包括:Raman温度和核素集聚测量,Raleigh温度测量,燃烧辐射监测,流量测绘,激光感应以及发动机工作期间构件图像。该视窗组件已成功地在810.93K下检测到55.12MPa压强以及在室温下测到75.79MPa以上的压强。计算机应力分析表明:该视窗既耐高温且能经得住低温冲击。     

霍托尔的发动机揭秘

霍托尔的发动机揭秘英国霍托尔航天飞机的发动机方案自提出以来一直处于保密状态。最近，英国政府改变了其原来的政策，规定如没有特殊理由，不准对专利技术进行保密。在这种情况下，这种称为ＲＤ５４５的发动机的一些技术细节终于大白于天下。以下首先介绍该发动机在方案...