美国新型低温上面级的预研情况

二十五年来,美国宇航局和美国空军一直打算开展多种先进的低温上面级的研制,如 AMPS、OOS、STV、TUG,HEUS、OTV、AUS 等等,但到现在为止,都还始终处于预研阶段,人马座上面级仍在继续改进。利用现有的经费研制一种全新的上面级,以获得比人马座更佳的工作性能和经济效益,这种情况迄今还没有体现出来。本文简要介绍通用动力公司预研的几种先进的上面级方案和基本费用情况。迄今为止,在美国的上面级序列里,只有人马座是采用液氢/液氧推进剂的高能上面级。它已随宇宙神和大力神运载火箭发射了约80次。对人马座继续改进的重点是增加可靠性、降低发射费用、增加滞空时间等。但是,在美国航天界一直存在两种倾向的经费投向,一种是为改进人马座继续投资,另一种则认为应开始研制一种全新的高能上面级,通用动力公司对改进人马座和研制新型上面级两方面部很感兴趣。研制一种全新型的发动机、具有一体化健康管理(IHM)功能的控制系统组成的全新型上面级及其地面辅助设施将需资金20亿美元左右,而其工作性能也许只比人马座提高约10%,这样,研制一种全新型的上面级将是不经济的,除非有特殊的要求,如需要进行载人月球或火星环绕旅行任务,否则,将不会开展全新型的上面级研制。     

液氮贮箱自增压实验与数值仿真

为研究低温推进剂在常温下的自增压过程,设计了以液氮为模拟介质可视化低温玻璃贮箱自增压实验系统,研究了自增压过程压力和温度的变化规律及体积充填率对压力和温度变化的影响。实验结果表明：气枕区和液体区存在显著的轴向温度分层,液体区温度的上升速率低于压力引起饱和温度的上升速率。压力上升分为有典型意义的三段：初始段、过渡段和稳定段,稳定段的压力上升速率随体积充填率增加而增加。液体区的对流运动在自增压过程受到抑制,气液界面逐渐进入准静止状态。并以实验测得温度作为边界条件,采用流体体积（VOF）模型对整个自增压过程进行了175 s的数值仿真。仿真得到的压力曲线变化规律与实验结果基本一致,稳定段的压力上升速率是实验值的1.58倍。本文得到的自增压物理参数变化规律,为低温推进剂的贮存和贮箱的热防护设计提供参考。     

含硼富燃燃气燃烧实验研究

为实现固冲发动机二次燃烧模型验证,结合固冲发动机工作条件,设计了一种带透明观察窗燃烧实验装置;营造了简单的燃烧环境,实现了燃烧过程掺混作用的弱化;借助高速摄像进行了以空气速度作为单一变量的含硼富燃燃气燃烧可视化测量,获得了火焰形态结构;采用高速数据采集,获得了燃烧室压力;将实验数据与数值模拟结果进行了对比和分析。结果表明,燃气与空气速度相近时,火焰呈锥角结构,硼粒子的点火距离较长;燃气与空气速度差较小时,同一位置燃烧室压力较大;燃气与空气速度近似程度决定火焰的形态;数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

采用化学物质对无定形硼粉表面改性研究

为了减少无定形硼粉表面的B2O3、H3BO3等杂质,分别以甘露醇、TP、TA和NaOH溶液为原料,对无定形硼粉进行了表面改性研究,并对其性能进行了测试表征。结果表明,硼粉经不同化学物质的表面改性后,硼粉表面的B元素含量提高;B/H2O悬浊液的pH值增大;随着B/HTPB悬浮液混合时间的增加,B-1/HTPB悬浮液的表观粘度和屈服值增加较快,B-3和B-4与HTPB混合的悬浮液粘度增加缓慢,而B-2/HTPB悬浮液在剪切速率大于1.0 s-1后几乎不变,且表面改性硼粉的粒度分布均匀,粒径基本在d50=4.653μm左右。     

影响行波型超声马达真空低温性能的因素

在真空低温的苛刻环境下,测试了盘形行波型超声马达的负载特性和转速稳定性。引 入输出总功率的概念,分析了在真空低温下超声马达的驱动特性变化情况。针对超声马达的 结构组成,探讨了几个影响非常态下超声马达驱动性能的因素,如胶粘剂、摩擦材料、压电 陶瓷等,为非常态下的超声马达结构设计提供指导。结果表明,随着温度降低,压电陶瓷的 压电性能下降,但采用低温胶制作定子时,超声马达在低真空和低温-80℃环境 下仍能运行。Ekonol基复合材料的摩擦性能受温度的影响较小,适合低温使用。
     

浸渗时间对C/C-SiC复合材料显微结构和力学性能的影响

采用反应熔体浸渗法,经不同的浸渗时间渗Si制备了3种不同的C/C-SiC复合材料,测试了材料的增重率、体积密度、断裂韧性及三点弯曲强度,分析了材料的物相组成,并观察了材料的显微结构.结果表明,在得到的C/C-SiC复合材料中,主要存在纳米级和微米级2种尺度的SiC颗粒,随着浸渗时间延长,材料的体积密度和SiC含量随之增加,但抗弯强度随之降低.浸渗时间从0.5 h延长到5 h,材料的密度从2.16 g·cm-3增加到2.21 g·cm-3,SiC的质量百分含量从21.54%增加到31.72%,三点弯曲强度从133 MPa下降到86 MPa,3种复合材料均表现出一种类似于金属材料的非脆性断裂行为,断裂应变约为1.3%,断裂韧性为9～10 MPa·m1/2.     

长征3号甲系列火箭研制回顾

长征3号甲系列运载火箭由长征3号甲、长征3号乙、长征3号丙(简称长三甲、长三乙、长三丙)三种大型低温液体运载火箭组成,是我国目前高轨道上最大运载能力的火箭群体,也是我国21世纪用于国内外应用发射的品牌和主力火箭之一。长征3号甲系列火箭具有技术性能先进、运载能力大、继承性好、适应能力强、发展潜力大等特点,它们的研制成功是我国航天领域的一项重大技术创新成果。长三甲、长三乙火箭于1998年荣获国家科学技术进步特等奖。     

低温热水分户计量采暖系统共用立管水力平衡分析

本文分析了重力作用压头对低温热水计量采暖系统共用立管形式的影响,通过运用基尔霍夫定律分析了下分异程式双管系统和下分同程式双管系统的水力平衡状况,得出了下分异程式双管系统更适用于低温热水采暖系统的结论,并确定了立管经济比摩阻的范围和下分异程式双管可以负担的楼层数。     

细AP对丁羟高燃速推进剂低温力学性能的影响研究

研究了细AP含量对某丁羟高燃速推进剂低温力学性能的影响，通过试验确定了推进剂中细AP含量的极限值，当细AP含量达到或超过该极限值后，推进剂出现低温εm。显著下降的突变现象，从理论上对这种现象进行了解释。     

空间环境用耐低温硅橡胶密封材料研究

文章介绍了国内外对耐低温硅橡胶的研究进展,并结合已在空间环境应用的6710耐低温硅橡胶的各项性能和密封试验验证结果,指出耐低温硅橡胶在卫星结构、飞船驱动机构、空间对接、飞船生保系统等空间领域中得到了广泛应用.随着空间站、深空探测等任务对更低温度密封需求的增加,需开展耐更低温度硅橡胶材料的研制及其在空间环境下的演化规律的...