关于国外氢氧火箭发动机的定型情况

氢氧火箭发动机与其它液体火箭发动机一样,从研制开始到产品交付要经过一个相当长的时间。如果把验收试验以及在使用中的不断改进等考虑在内,这个时间就更长了。到什么程度才算定型呢?通过哪些试验才算过关?为什么要进行这些试验?要不要理论依据和公式推导?要不要把质量控制和可靠性考核包括在内?问题很多也很复杂。目前虽然尚未见到国外发表有关发动机定型的文章,但有关氢氧发动机的鉴定考核,研制到交付的全过程以及典型的各种试验和鉴定情况还是可以知道的,从这些情况中,我们也可以借鉴外国的经验和教训,摸索出发动机从研制到定型的一般规律。本文拟初步介绍这方面的情况,更详细的鉴定和定型报告有待于进一步的探索和总结。     

气氢/液氧同轴喷注器变工况燃烧流场相似性

为研究不同室压工况下气氢/液氧燃烧流场的相似性,设计了喷注器试验件,并采用数值仿真和热试验的方法对气氢/液氧喷注器的喷雾燃烧流场进行了研究。数值仿真选取试验件的1/6进行三维稳态计算,其中湍流模型采用SST k-ω模型、化学反应采用考虑氢氧6组分9步反应机理的涡耗散概念模型、液氧液滴采用离散相模型,共进行了2.8～9.8 MPa范围内8种典型工况的数值仿真。热试验采用气氢/液氧推进剂,进行了4.5 MPa、5.4 MPa和6.8 MPa这3种不同室压工况共4次挤压热试验,采用量热式水冷身部对燃烧室壁面热流进行了测量。仿真和试验结果表明：对于气氢/液氧同轴直流喷注器,在混合比、氢氧温度和喷注速度相同的情况下,当室压大于液氧临界压力时的燃烧流场具有相似性;而室压小于液氧临界压力时的燃烧流场与大于临界压力的燃烧流场结构存在差异。     

液氧/液氢高压膨胀循环发动机初步试验

膨胀循环具有很好的性能和很高的可靠性,这一点已由普拉特·惠特尼公司的“半人马座”上面级推进系统RL10发动机证实,但是这种循环对燃烧室压力增加和推力增加都有限制作用,因为它仅仅利用了燃料在冷却燃烧室和喷管延伸段时吸收的热能,来推进燃料和氧化剂涡轮泵.建议采用具有内部热交换器的先进方案燃烧室,这种热交换器可以收集许多燃烧热量.叙述使用内部热交换器的高压膨胀循环发动机的主要性能,并给出了这种发动机的初步试验结果.热交换器中的平均热通量是Bartz相关计算值的70%.燃烧性能不会因装了内部热交换器而受到严重影响.     

LE—5和LE—7发动机的研制经验

1994年2月4日,日本成功地发射了第一枚 H—Ⅱ运载火箭。这次发射成功预示着日本的宇航事业美好的发展前景。H—Ⅱ运载火箭将做为日本九十年代到下世纪初的主要空间运载系统。它最显著的技术特点主要体现在它的第一级发动机 LE—7和第二级发动机 LE—5A。这两种发动机均以液氢为燃料,液氧为氧化剂。独特的发动机设计特点,使得 H—Ⅱ运载火箭跻身于世界航天技术行列中并成为其中的佼佼者。LE—7和LE—5A 是以 LE—5发动机的技术为基础发展起来的。LE—5发动机是完全依靠日本技术研制出的第一种低温发动机,并成功地应用在 H—Ⅰ运载火箭的第二级上。本文着重介绍日本低温发动机研制的历史,展示这些发动机独特的设计以及研制中所遇到的技术问题。     

助推分离对氧泵工作特性影响的模拟试验

为了研究火箭助推分离过程中,芯级液体火箭发动机氧泵入口压力快速下降对氧泵的工作特性和发动机工作性能的影响,在氢氧火箭发动机整机试车中,通过控制氧泵入口压力的方式,使氧泵逐步进入气蚀状态,开展了发动机整机状态下的氧泵气蚀研究试验,获得了氧泵气蚀状态下氧泵参数变化情况,考核了发动机经过短暂气蚀的工作特性。试验结果表明,转速升高约1 800 r/min的气蚀程度,会造成氧泵流量下降7.14%,氧泵效率下降11.82%,氧泵轴向振动幅值增大约90%。氧泵在经历时间约7 s的短暂气蚀状态后,氧泵性能无明显变化,不影响发动机工作性能。     

殊途同归的欧日新一代运载火箭

<正>日本新一代固体火箭艾普西龙于2013年9月14日成功发射,2006年退役的M-V火箭终于后继有人。M-V火箭的近地轨道运力为1.8吨,艾普西龙火箭更降低到1.2吨,而H-IIA系列火箭中运力最弱的H-IIA 202型号,近地轨道运力也高达10吨,不论是M-V火箭还是艾普西龙火箭,运载能力与日本现役的H-IIA系列火箭之间都有很大的缺口,致使日本不得不使用H-IIA火箭发射中小型载荷。日本火箭发射价格本来就居高不     

氢氧发动机试验安全技术

本文着重从氢氧发动机试验过程中的安全技术方面进行技术总结,从事故中吸取教训,采取有效措施,以保障氢氧发动机的试验成功.     

高压低混合比氢氧预燃室出口温度均匀性分析

为了深入了解高压低混合比氢氧预燃室的出口燃气温度均匀性,设计了一个缩尺预燃室,开展了不同缩进深度比、扰流结构、工况下缩尺预燃室出口燃气温度均匀性的研究,并通过全尺寸预燃室试验验证了设计方案的合理性。试验结果表明：随着缩进深度比的增加,燃气温度均匀性逐渐提高;随着室压、混合比的升高,扰流环结构的均温效果提高;扰流环与拐弯结构的组合方式可使燃烧室内的温度均匀性提高54.8%～89%;在喷嘴设计参数下,相对于同轴离心喷嘴,采用同轴直流喷嘴的缩尺预燃室在50%～100%工况下的出口燃气温度均匀性较优;当采用扰流环及90°拐弯结构时,全尺寸预燃室的出口燃气温度均匀性在±50 K范围内,同时相对于氢涡轮侧出口,氧涡轮侧出口的燃气温度均匀性更优。     

国外大推力氢氧推力室制造技术现状与趋势

大推力氢氧发动机是未来载人登月和深空探测重型运载火箭上面级的首选动力。为探索大推力氢氧发动机推力室组件的材料选用和制造工艺,针对国外典型大推力氢氧推力室,详细论述了其喷注器、燃烧室和喷管延伸段等组合件的材料选用及所采取制造工艺的现状和发展趋势。相关结论可为我国未来重型运载火箭大推力氢氧发动机推力室方案的确定提供相应的技术参考。     

氢氧发动机地面摇摆试验技术研究

为有效考核氢氧火箭发动机的在轨飞行状态,需要在地面环境模拟发动机的摇摆工作情况。水平试验台承担氢氧发动机地面摇摆试验时,涉及地面热防护、推力测量系统防护、摇摆测控系统指令实时循环发送与更新、测控系统远程控制等4项关键技术。围绕上述4个方面,对氢氧发动机地面摇摆试验技术展开研究。采用数值仿真计算、经验公式、流程图设计、硬件搭建、软件程序编制等多元化的手段,结合实际情况确定输入输出条件,推导出相关结论。试验验证结果证明:摇摆试验地面热防护、推力测量系统防护具有简单易行、防护效果良好的特点,具有较好的工程实用价值。该技术在国内尚属首次应用,已成功申报一项国防专利。