液体火箭发动机辐射冷却身部材料研究进展

辐射冷却是上面级和空间液体火箭发动机推力室身部最常用的冷却形式,近年来在部分大推力、高性能二级火箭发动机喷管中也得到了应用。辐射冷却身部材料的耐高温性能和密度,直接影响液体火箭发动机的比冲、推重比和可靠性。通过查阅国内外文献,综述了钛合金、高温合金、难熔金属和碳纤维复合材料等材料在国内外液体火箭发动机辐射冷却身部中研究和应用情况,结合液体火箭发动机推力室身部燃烧室段和喷管段服役工况,对不同材料特点进行了分析。研究对标未来高性能、高可靠和低成本液体火箭发动机的发展需求,并对近年来发展起来的铱/铼/碳-碳复合材料、低密度铌合金和3D打印难熔合金进行了概述。     

液体火箭发动机喷管延伸段制造新技术

对未来液体火箭发动机喷管延伸段制造技术——激光焊接夹层结构的加工工艺进行了详细的论述,包括内外壁的成型、加工、激光焊,以及已申请专利的焊缝跟踪系统等,最后介绍了此工艺技术的后续发展及未来应用。     

远征三号上面级轨控发动机研制及在轨验证

综述了国内外上面级及其轨控发动机技术发展情况。基于远征三号上面级的任务特点,提出了5 000 N轨控发动机技术方案,着重介绍了5 000 N发动机的地面试验和首次飞行应用情况,总结了远征三号上面级轨控发动机研制经验,供类似火箭发动机研制参考。远征三号上面级5 000 N发动机采用挤压式推进剂供应系统、直流式喷注器、再生冷却方案和复合材料喷管延伸段,具有结构简单、多次启动能力强、双向摇摆角度大等优势,于2018年12月29日进行了首次飞行应用。     

多种复合材料缠绕模压喷管的工艺技术

介绍了一种小型固体推进剂火箭发动机的喷管，采用高硅氧玻璃纤维、酚醛树脂等多种复合材料缠绕模压成型的新工艺，由于选用整体模压喷管，取消了部分金属壳体，降低了喷管重量，提高了弹体的有效载荷；同时依靠模具成型，使制品尺寸精确，重现性强；通过数十个喷管的地面点火与飞行试验，证明了制件结构合理，工艺方法可行，工艺参数稳定，产品质量可靠。     

碳—高硅氧／酚醛带缠复合结构成型及其应用

介绍了碳／酚醛、高硅氧／酚醛带缠复合材料的复合结构成型工艺，以及在固体火箭发动机喷管上的应用。采用复合结构能达到简化喷管设计、降低成本和提高可靠性。     

复合材料在推进系统上的应用综述

复合材料目前正广泛应用于航天发动机上,随着高温材料的发展,其应用范围将更加广泛。许多可用于航天推进系统的纤维和基体材料都代表着目前最先进的发展水平,其它一些新型复合材料也在研制之中。固体火箭发动机及其喷管、液体火箭发动机、双组分推进剂涡轮机以及正在研制中的非常规式推进系统等,均可采用复合材料。     

阿里安5芯级发动机喷管延伸段冷却性能研究

本文主要讲述了火神发动机喷管延伸段冷却性能的热分析研究工作。根据测量数据,采用简单的热节点模型,得出了喷管壁温和气壁换热系数。用热节点模型验证了 Volvo 宇航公司使用的标准预测法。建立了在异常和与期望温度值有偏差的情况下的冷却性能预测系统。本文还阐明了如何从飞行试验获得的有限信息来准确和可靠地预测验收试验以及飞行期间火神发动机喷管廷伸段冷却系统的效能。     

固体发动机飞行性能分析与重构

在固体发动机研制过程中,发现利用飞行遥测参数计算的某末级发动机性能结果与基于地面试验的内弹道模型得到的结果存在偏差,这一偏差会影响发动机性能评定乃至火箭射程。对国内外固体火箭发动机飞行性能分析和重构方法及主要的结果进行了分析,对于特定的发动机需固化一种飞行性能重构分析方法,为提高发动机性能重构分析的精度,需要提高发动机喷管喉径烧蚀规律的预示水平,同时需要考虑飞行过程中消极质量变化以及沉积对发动机比冲的影响。最后,对发动机飞行性能分析重构后续需要着重开展的研究提出了建议。     

全复合材料宇航发动机可行性验证

1982年11月,空军火箭推进实验室成功地进行了由若干先进的部件组成的发动机的高空模拟点火试验,从而完成了全复合材料固体火箭宇航发动机可行性的验证。这次试验使法国欧洲推进公司与美国联合工艺公司化学系统分公司分工合作为期三年的研制工作达到高潮。发动机接近于全复合材料结构,金属部件几乎完全消除,证实了全复合材料发动机的可行性。经过验证的先进部件有:1)凯夫拉—环氧树脂燃烧室的复合材料极性接头;2)轻质的燃烧室绝热层;3)适用于头部满装药且安装在喷管上提供飞行用的环形点火器;4)高性能的 HTPB/HMX 先进宇航发动机推进剂;5)具有无支撑整体喷喉和入口段,以及能直接适应推力向量控制作动器载荷(在未来试验中)的薄壁出口锥的特轻喷管;6)连接出口锥与整体喷喉和入口段的套装式出口接头。     

液体火箭发动机喷管收扩段的数控加工工艺研究

液体火箭发动机中，喷管收扩段是一个关键零件，数控加工工艺方法和程序编制方法非常复杂，国内外均在该方面有所研究。本文简述了喷管收扩段的数控加工工艺和程序编制方法以及在程序编制过程中建立的数学模型，并在通用的数控铣加工中心上实现了该零件的数控加工。     

未来运载器液体火箭发动机推力室技术研究

Astrium的航天基础技术分部(SI)正在研究下一代部分可重复使用和可重复使用液体火箭发动机的相关技术.本文总结了对以下主推力室组件所进行的技术研究工作喷注器、主燃烧室、喷管延伸段.对于高性能分级燃烧循环发动机,先进喷注器的研究重点是气态推进剂的喷注.已经为Astrium的燃烧室设计了能够喷注液氧、冷却剂氢和预燃室热气体的喷注器.另一项工作是低成本喷注器方案研究,使单喷嘴的质量流量为标准喷嘴的四倍.对于主燃烧室,可以预见的可用技术是提高可重复使用推进系统中推力室的寿命.本文研究了一种弹性内衬和一种先进热防护壳体.文中给出了这两项技术的缩尺燃烧室试验结果.另一项主要工作是增加先进高性能胀膨循环发动机燃烧室壁的热传导.本文汇总了不同结构的缩尺燃烧室试验结果.对于喷管延伸段,研究重点是陶瓷基复合材料喷管延伸段,最近对缩尺试验件进行了试验,将燃烧室试验压力提高到8MPa.对于未来的高面积比方案(HARC),最近正在设计一种热量测量喷管延伸段,用于测量在满流和分离流状态下的热传导.     

一种双钟型喷管液氧/甲烷发动机系统方案

根据双钟型喷管高度补偿特点及技术研究现状,提出了一种双钟型喷管液氧甲烷发动机系统方案,进行了双钟型喷管基弧段及延伸段面积比优化,并与其他系统方案进行了性能对比分析。研究表明,对于地面起动的芯级发动机,采用双钟型喷管是提高发动机综合比冲性能以及运载器有效载荷的有效途径。     

液体火箭发动机设计过程计算机化基础研究

在液体火箭发动机的设计过程中应用计算机辅助设计(CAD)技术,是一个全新的研究课题,本文简要地概述了 CAD 技术、应用及国内外 CAD 技术的动态和发展趋势,然后结合我所的现状提出了实现液体火箭发动机的设计过程计算机化的具体措施与建立液体火箭发动机 CAD 专家咨询系统的一些规划和设想。     

液体火箭发动机喷管内加质流场的数值模拟

本文对将液体火箭发动机涡轮排气引入喷管所形成的加质流场进行数值模拟，求解多种气体混合流动的三维Ｎ－Ｓ方程，预示了加质发动机的性质，结果表明：将涡轮排气引入喷管不仅可以用于壁面的冷却，而且还有利于发动机性能的提高。     

《固体火箭技术》第27卷（2004年）总目录

第 1期火箭研究及应用火箭架线作业装置的设计与试验程养民 ,等 (1)………………RBCC引射模态DAB模式二次燃烧数值研究王国辉 ,等 (5 )………………………………………………发动机喷管扩散段型面对固体发动机性能的影响陈林泉 ,等 (9)……固体发动机喷管延伸锥展开前级间分离的热环境分析韩丽霞 ,等 (12 )……………………………………………高压强固体火箭发动机性能 /成本优化设计李晓斌 ,等 (16)……………………………………………固体火箭发动机内弹道性能仿真何景轩 ,等 (2 0 )……………小型固体火箭发动机低压自毁效果研究刘平 …     

1978固体火箭的重要成就

这是AIAA固体火箭委员会主席,锡奥科尔公司享茨维尔(Huntsvillc)分公司的生产处长Richard H.Wall所作的AIAA固体火箭委员会报告。 AIAA固体火箭委员会认为,1978年固体火箭技术上最重要的成就主要是: 1.飞行重量的可延伸喷管进行了全尺寸验证试验。因采用可延伸喷管而节省的空间能显著地提高系统的性能。例如,它能明显地增加先进洲际弹道导弹的射程。 2.用三向编织碳/碳材料作成的整体喷喉进行了全尺寸试验。这种三维设计提高了可靠性、降低了烧蚀率。     

激光全息检测技术研究与应用

介绍了激光全息检测技术的原理、特点和方法.通过研究激光全息检测位移量与激光全息检测载荷理论并结合检测试验给出了激光全息检测工艺流程、工艺方法和工艺规范.采用该规范对某型液体火箭发动机推力室收扩段铣槽夹层结构钎焊缝进行了无损检测,检测通过的液体火箭发动机推力室已经完成了飞行任务考核.     

侏儒导弹的动力装置

本文介绍了美国侏儒导弹三级固体发动机的研制进展和主要性能,着重分析了发动机采用的石墨/环氧复合材料亮体、NEPE推进剂和碳/碳喷管等三项先进固体火箭技术。     

尾部喷流对飞行器阻力影响的数值模拟分析

底阻在弹类飞行器阻力中占比较大,准确预示底阻对于弹类飞行器飞行性能评估至关重要,而发动机尾部喷流对底阻影响明显。采用基于雷诺平均Navier-Stokes方程的流场仿真方法研究了飞行器底部发动机喷流和外流干扰流场特性,主要分析了喷流对飞行器阻力的影响。飞行器安装了两台推力可调的液体火箭发动机,发动机在不同飞行工况下采用不同推力工作。分别研究了亚音速、跨音速和超音速典型飞行工况下弹体底部无喷流状态、单喷管喷流状态和双喷管喷流状态时,飞行器阻力变化情况。结果表明:不同马赫数下,发动机喷流对底部阻力影响情况基本一致,与无喷流情况相比,当发动机工作时,无论单喷管喷流还是双喷管喷流状态,底部发动机喷流引射效应明显,弹体阻力系数明显增加。     

固体火箭发动机喷管瞬态流场特性分析

为准确预测某型固体火箭发动机喷管的流场特性,建立了发动机燃烧室-喷管一体化三维流场模型,考虑了上游流场-燃烧室对喷管流场的影响,应用有限体积法,仿真计算出了发动机点火启动过程中喷管内激波的存在及变化趋势,仿真结果与一维等熵函数理论分析结果相一致。结果表明,在发动机点燃初期,喷管内燃气呈现亚音速流动,随着时间推移,在喷管扩张段出现了一道激波,燃气流动出现壅塞,随着燃烧室内燃气压力升高,激波逐渐移出喷管,喷管内呈现超音速顺畅流动。