小冲量推力器深空探测工作性能地面模拟实验研究

对应用于我国宇航领域深空天体探测重大工程的小冲量推力器进行高空模拟热试车研究,考察小冲量推力器稳态及脉冲工作性能和在轨局部高温环境对推力器脉冲性能的影响规律。结果表明,单氧燃互击对-氧燃同向旋流液膜冷却构型的小冲量推力器稳态工作过程可分为四个阶段,旋流液膜行为对发动机推力性能影响较小,但对推力器温度分布有极其重要的影响。4 ms脉宽下推力器实测脉冲冲量为24.7 mN·s,这与国际上同量级先进推力器脉冲性能持平且脉冲重复性良好,1σ脉冲一致性为5%。地面模拟天体高温环境对小冲量推力器脉冲性能影响研究表明,推力器在轨工作脉宽(4 ms及8 ms)下,推进剂温度在25~85℃内变化时其对推力器脉冲冲量的影响极其有限,而当管路局部高温超过入口压力下氧化剂沸点时其脉冲冲量降至额定水平的1/3。推进剂供应温度对小冲量推力器脉冲冲量的影响机制与推力器电磁阀响应时间及温度对推进剂物性的影响规律密切相关。在短脉宽(4 ms及8 ms)下,推力器脉冲冲量受电磁阀响应时间及推进剂初始相态控制;从12 ms脉宽开始脉宽延长为“温度-推进剂物性-脉冲性能”作用链路提供可能。与25℃推进剂工况相比,60℃下脉冲性能小幅下降与推进剂密度下降有关,85℃下脉冲性能下降主要与氧化剂在喷注器内流动过程中发生气化行为有关,105℃下脉冲性能明显下降主要与氧化剂初始相态为气态有关。

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5000 N轨控发动机技术方案,着重介绍了5000 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5000 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。

凝胶推进剂雾化特性研究进展

为了进一步认识凝胶推进剂雾化过程,促进凝胶发动机的设计和优化,综述了射流撞击式、离心式、气泡式以及燃烧条件下凝胶推进剂雾化特性的研究进展。综述结果表明,凝胶推进剂雾化性能明显差于牛顿流体推进剂,凝胶液膜尺寸显著增大,液丝较难破碎为小粒径液滴;射流撞击式喷嘴对凝胶推进剂的雾化效果优于离心式喷嘴;随着射流雷诺数和韦伯数增大,撞击式凝胶液膜的雾化模式依次为边缘闭合模式、边缘开放模式、无边缘射线模式、液丝分离模式和充分发展模式;采用锥形结构、减小喷嘴出口长径比、方形和椭圆形喷嘴出口皆有利于凝胶液膜破裂,且增大喷注压力、撞击角、温度、室压和减小撞击距离均能改善液膜雾化效果。燃烧条件下MMH/NTO凝胶推进剂撞击液膜破裂雾化机制在宏观上与冷模条件下凝胶推进剂模拟液撞击液膜较好地吻合。此外,对凝胶推进剂雾化特性的进一步研究工作提出了建议。