液体火箭发动机低成本设计技术

简要介绍了国外液体火箭及其发动机的低成本研制现状,重点论述我国液体火箭发动机低成本设计,尤其是发动机系统、发动机重要组件的结构简化及可靠性设计经验.发动机系统优化与简化设计方法确保了系统简单、零组件数量和组件品种减少,操作性方便.关键组件的预先研究和新型密封结构设计提高了发动机的可靠性.指出低成本设计是降低发射费用的重要措施之一;液体火箭发动机低成本研制应从系统设计着手,力求系统简单可靠;对于要求特殊和薄弱环节的结构运用创新和关键技术攻关得以实现.     

以RD——0120发动机为基础的可重复使用火箭动力装置

美国和俄罗斯在国际上首先开展了低成本运载有效载荷到轨道的研究工作。政府和火箭承包商正在论证和研究未来低成本运载火箭的关键特性,低成本运载火箭的两个关键特性是火箭的可重复使用性和火箭发动机的可操作性。由化学自动化设计局设计生产的 RD—0120 LOX/LH_2发动机已经分析验证了的高性能和先进的可重复使用性,使它成为可重复使用运载火箭(RLV)动力装置的关键候选对象之一。这个高室压(21.86MPa)、高性能(真空比冲4466.9m/s,真空推力1961.67kN)的分级燃烧发动机已经在能源号重型运载火箭上成功地完成了两次飞行。研制期间,发动机的长寿命、推力范围、节流和连续工作时问等特性都经过了验证。这些都是低成本、高可靠、可重复使用推进系统的要求。双组元的 RD—0120发动机通过更换富燃预燃室和增加一个煤油涡轮泵也可以很容易的改造为一个可靠的低成本三组元发动机。为了验证这个双组元发动机高的可操作性和可重复使用性,一个由航空喷气公司、化学自动化设计局和 NASA 马歇尔空间飞行中心合资生产,用于可重复使用运载火箭和单级入轨火箭动力装置的国际计划及三组元发动机可能的关键特性设计正在进行。本文对现在的 RD—0120发动机可操作性和重复使用性的改进进行了阐述。而且对如何更进一步地改进,使 RD—0120发动机成为可重复使用运载火箭推进系统的理想候选对象进行了研究。另外,已经草拟了研制三组元的 RD—0120发动机的研制计划,主要是一个高置信度的飞行演示火箭。     

TRW公司的超低成本液氧/液氢助推液体火箭发动机

TRW 公司已经设计、制造并准备测试一台海平面推力为2.89MN 的液氧/液氢火箭发动机.这台发动机的设计给出这样一个启示:对于大型助推火箭发动机,可以通过少量地降低发动机性能而使其制造成本大幅度降低.这种超低成本的助推液体火箭发动机具有极强的生命力。这台泵压式发动机设计的特点是室压低(4.83MPa),从而使发动机主要部件(包括燃烧室、涡轮和供应系统)的成本比高室压设计低得多。这台发动机综合了 TRW 公司论证的针栓式(针阀式)喷注器设计、加衬烧蚀燃烧室/喷管和低成本箔轴承涡轮泵,它们都大幅度地减小了发动机的部件数量、制造成本和试验成本。本文介绍了这台发动机的设计、制造和工作特点,并着重强调了它能大幅度降低发动机制造和试验成本的独有特点。本文还描述了 TRW 公司 Readondo Beach,CA 工厂从计划开始,在不到12个月的时间内设计、制造并组装成功的全尺寸试验样机。     

英国公司展示新型发动机

英国追星者公司目前已将其液氧／煤油火箭发动机——邱吉尔MK3公之于众，该发动机可产生147000牛顿的推力，是自20世纪70年代以来英国制造的此类发动机中最大的型号，主要用于满足追星者公司提供低成本卫星以及太空旅行发射的需求，发射场计划设在新墨西哥。     

可燃喷管固体助推器的研究现状

本文介绍了低成本、高可靠性运载火箭固体助推器可燃喷管的研究现状.可燃喷管是用一种低成本、高强度和低燃速推进剂制成的,宅在工作过程中可以燃烧,有利于固体火箭发动机降低成本和提高可靠性.其可行性已由美国联合工艺公司所验证,并由φ152mm 和φ762mm 发动机试车所证实.试验结果表明,可燃喷管的消蚀速率(相当于药柱的燃速)高于预估值,发动机性能优于预计情况(实际比冲比预计比冲1979.6N·s/kg 高25.5N·s/kg).     

国外几种固体火箭发动机新技术综述

综合介绍了几种先进固体火箭的发动机的主要技术，明确了我国固体发动机研制发展方向，应根据用户使用要求，结合实际情况，选择高性能、高可靠性和低成本的最佳方案。     

低成本固体火箭发动机技术研究

简述了国外低成本固体火箭技术研究背影和动向，分析了国外降低固体发动机成本的主要技术途径，着论述了低成本的固体推进剂原材料及推进剂生产工艺，低成本的喷管材料及喷管制造技术、低成本的固体自动化制造技术 。     

美国正在加紧研制先进的低成本氧/氢发动机

美国正在加紧研究用于单级入轨火箭的先进低成本氧/氢发动机。这项研究确定了发动机的基本构形和地面规则。为了探索发动机的性能,选择了六种不同的发动机循环进行试验研究。这些循环包括一个开式循环和一系列的闭式循环。这些闭式循环可以变更从推进剂抽取驱动涡轮机械的能量。这些循环可以改变发动机所能达到的最大室压和在任意给定室压下发动机的重量。把发动机质量作为室压的函数,对每年循环的发动机质量进行了计算。计算结果表明,应用新的氧氢发动机作为单级入轨的发动机是可行的。最有竞争力的发动机循环是分级燃烧循环,发动机室压的预选方案是27.579MPa。为了便于比较,本文还简单介绍了 RD—704发动机。     

天蝎座火箭将进行飞行试验

天蝎座火箭将进行飞行试验美国加州的小天地有限公司正在研制一种挤压式的液体火箭发动机，准备把它作为该公司天蝎座低成本运载火箭系列的基础。这种发动机采用液氧和煤油作推进剂，并采用薄膜冷却技术和烧蚀材料代替液体冷却通道。目前已对５台试验发动机进行了试车。推...     

先进固体火箭发动机

本文介绍的先进固体火箭发动机(ASRM)是一个直径为3810mm的分段式发动机,为提高航天飞机的可靠性和设计安全裕度,对该发动机做了大量的设计改进,它的推力特性使得不必要在最大动压期间调节航天飞机主发动机(SSME),这可减少或消除大约175个航天飞机系统的临界状态1/1R失效模式,它将能提供5443kg的有效截荷增量,为保证该发动机的高质量、高重现性和可靠性,需要建立新型的全自动化的加工设施,ASRM的设计和计划安排是在A和B两阶段研究的基础上提出的,ASRM航天飞机的研制飞行,暂定于1994年下半年进行。     

通用的可贮存上面级发动机AESTUS Ⅱ

Aestus Ⅰ发动机是戴姆勒一奔驰公司和火箭达因公司将要合作研制的泵压式可贮存上面级发动机,它的推力室和涡轮泵(燃气发生器)设计分别参照 Aestus 和XLR-132发动机,因此具有较强的继承性。该发动机性能高、研制成本低、周期短、风险小,适用于多种运载器。本文介绍了有关技术问题和研制计划。     

“阿里安”L5发动机的研制状况

“阿里安”L5是欧洲研制的最重要的中等推力级可贮存的二元推进剂发动机.它采用了多元件喷射器的设计原理,这种喷射器使用多个同轴喷射元件、一个燃料再生冷却燃烧室和一个辐射冷却的喷管扩展段.研制该发动机各部件所运用的技术与MBB-ERNO公司研制“阿里安”HM7液氧/液氢发动机时运用的技术相类似,但由于L5发动机的推进剂具有二元的基本特性,故现有的液氧/液氢技术只能部分采纳.对此MBB-ERNO公司提出了一项实验性计划来论证同轴式喷射器原理的可行性.L5发动机的研制工作包括整台发动机的设计及推进分系统的布局.叙述L5发动机的设计、性能和工作特性,以及研制状况,重点介绍目前正在研制的喷射器.     

美国火箭公司后年发射混合推进火箭

美国火箭公司最近对迄今试验过的最大的固液混合火箭发动机进行了试验,并计划在1995年进行亚轨道飞行之前,对另5台发动机进行试验。 1989年10月5日,该公司曾试图使用这种发动机进行亚轨道发射,但由于液氧阀门未能全部打开,致使发动机关机,发射失败。由于关机及时,这次事故只对发射台造成了约1000美元的损失。从这次事故中也使人们看到了这种发动机固有的安全性。     

俄罗斯准备将最先进的火箭发动机用于国际航天计划

俄罗斯已经研发出最先进的火箭发动机，正准备把这些发动机用于国际航天计划中。     

新型可贮存推进剂泵压式发动机技术论证

运载载荷清单表明,在2002年至2003年期间,需要性能更高的可贮存上面级。为尽快满足这一新的要求,Dasa于1996年着手一项公司投资的技术论证计划,旨在寻求将Dasa所拥有的技术运用于45～65kN级别的新型可贮存上面级泵压式定动机的方案。对于可贮存双组元同轴式喷注器,Dasa有丰富的研制经验,这种结构的喷注器已被成功地用于97年10月阿里安5的502次飞行,运用这些经验,Dasa已研制了两套分别为65kN/6MPa和46kN/5MPa水平的这种结构的喷注器。这种喷注方案对于泵压式发动机相应工作条件下的可移植性,已经通过地面综合热试车的试验论证。在这种发动机所需的宽的工作范围内,性能和燃烧稳定性方面的可行性已得到了充分验证。通过专门的炸弹试验获取了喷注器综合稳定区域。利于设计达到成本目标的优化的喷注器生产规程已有草案,它实现了高水平的可重复性生产,在热试前这已得到了验证。只要进行适当的结构和功能改进,就可有效增加燃烧效率和减小燃烧粗糙度。按Dasa低成本工艺而组织的再生冷却燃烧室的生产正顺利进行。规划及设计将通过发动机的地面长程热试车鉴定,所使用的是一套适当的试验功能组件。计划在1998年晚些时候的试验将补充完善已做的喷注器可行性试验,并最终论证推力室组件综合性能满足发动机所需的要求。从Dasa的技术论证计划(TDP)中所获得的经验将有力地推进发动机的研制工作并减小技术和进度两方面的风险。     

用于火箭发动机几种低成本材料的工艺预研

用于火箭发动机几种低成本材料的工艺预研作为商业发射，为增强竟争力，降低运载火箭制造成本是很重要的。（美国）空气喷气发动机部对一些有前景的材料工艺进行了预研。其包括粉末冶金、金属喷射成形及膨胀成形。适用于图１所示的液体火箭发动机。通过减少机加、连接、镀...     

阿金纳2000轴向主发动机设计参数和试验结果

目前运载市场需求一种高性能、低成本的泵压式双组元可贮存推进剂发动机,用于一次使用运载器的上面级。本文介绍了大西洋研究公司和空气喷气公司共同为洛克希德一马丁宇航公司研制的阿金纳2000发动机,其推力为67kN。目前阿金纳2000发动机已经成功地完成了一系列严格的试验,原型发动机予98年底顺利通过了60s 的鉴定试验。本文介绍了阿金纳2000发动机系统和主要组件的设计状态,喷注器和燃烧室水试校准结果及各种热试车系列的试验结果。     

俄罗斯煤油与RP-1煤油对比试验研究

美国政府与工业界都在想方设法降低航天活动的成本,改善其可操作性,提高现有的及新的运载火箭性能,他们对俄罗斯先进的推进技术作了认真考察。本文记叙了俄罗斯煤油与美国 RP-1煤油的对比评估过程,以支持将俄罗斯推进技术纳入美国太空计划的工作。为了更好地了解两种燃料的差异,比较沿两条途径进行。首先,应用实验分析的方法弄清两种燃料化学和物理特性及其理论性能的差异;其次,使用一种新的低成本方法进行热试车,得到两种燃料的性能数据及发动机的工作参数。数据分析表明,两种燃料间存在以下三个主要差异:俄罗斯煤油的密度比 RP-1的高3%;硫含量低21%;俄罗斯煤油通过冷却套时的温升要低一些。两者的特征速度 C 没有明显差异。这一研究得到的数据主要有两个用途,首先,初步判明在美国航天器上使用俄煤油的优劣之处;其次还可以估计俄制发动机使用 RP-1的效果。     

1159kN推力混合式火箭助推器研制状况

美国火箭公司计划用它的天鹰座运载火箭,为九十年代提供商业性发射服务。天鹰座是能将质量为907kg 的物体,发射到低地轨道(LEO)的四级入轨火箭,天鹰座将用 H-1800混合式推进系统(真空推力1159kN)作动力。本文介绍 H-1800推进系统的设计和研制情况,着重讨论包括第一台全尺寸试制发动机(DM-01)的生产和全尺寸发动机试验数据在内的研制状况。     

美GD公司将研制新型半人马座

美国通用动力公司(GD)准备研制一种单发动机半人马座上面级,以求提高美运载火箭的性能和可靠性。目前该公司正在寻求让美空军为该计划投资。 这种单发动机上面级将在90年代末投入使用。它可用于通用动力公司的宇宙神和马丁·玛丽埃塔公司的大力神,提高其有效载荷运载能力和可靠性,改进可操作性,同时降低操作费用。它还可用于太空升运者(Spacelifter)运载火箭。太空升运者是用来接替已被取消的国家运载系统计划的新一代运载器,低地轨道运载能力为9吨。