双组元液体火箭发动机推力室材料研究进展

针对双组元液体火箭发动机,综述了难熔金属材料、贵金属材料、高性能复合材料三大推力室材料体系的研究进展,介绍了三大体系材料主要的制备技术和应用,讨论了使用局限性,并对推力室材料的发展趋势进行了展望。

轨控发动机喉部高温问题分析与抑制方法

针对发动机在稳态试车点火过程中出现的喉部单侧局部高温和焊缝温度阶跃升高的现象,导致身部涂层寿命衰减及产生了局部应力,严重危害发动机可靠性的问题,采用CFD仿真对头部喷注器结构建模,结合流阻数学模型进行优化分析,优化流道内的分配结构,实现降低喷注流阻的同时改善撞击对流量造成的不均匀性问题,并通过调整撞击参数,优化燃烧组织和边区液膜冷却方案,优化边区混合比,同时降低了喉部温度和周向温差。改进后的发动机经过试验验证,在性能不变的情况下使高空模拟热试车喉部温度由近1500℃下降至1270℃,头身焊缝处温度由520℃下降至310℃,发动机身部周向温度差控制在50℃以内,有效地解决了发动机喉部的高温问题,提升了发动机的使用寿命和工作可靠性。

小型地球可贮存双组元液体火箭发动机不稳定燃烧

22N 双组元液体火箭发动机采用四氧化二氮和一甲基肼为推进剂,在这样小的发动机中认为产生一次切向不稳定燃烧是不可能的,因为,这需要有极高的振荡频率。1991年,一台22N 火箭发动机在常规的验收试验中,遇到燃烧室被烧毁时,就否认了是高频不稳定引起的。由于缺乏高灵敏的测试仪器和基于高振荡频率的一次切向不稳定燃烧是不可能产生的认识,因此,进行了大量的故障原因分析工作。后来的研究结果证明,50000Hz 频率左右的一次切向不稳定燃烧是能够出现的。而改变喷注器集液腔容积和应用亥姆霍兹谐振器,便能成功地消除这种类型的不稳定燃烧。

微型热机、燃气涡轮、火箭发动机——美国麻省理工学院(MIT)微型发动机研究计划

介绍了MIT以MEMS系统为基础正在研制的燃气涡轮机、涡轮发生器和火箭发动机的进展情况。由于采用半导体工艺技术批量生产,所以这些发动机以常规、全尺寸发动机能量密度相同的微型高速旋转机械为基础。微型燃气涡轮设计为在10g/h H_2燃料消耗的情况下可产生10～20W 电能或0.05～0.1N 推力、直径为1cm、厚度为3mm 的SiC 热机。后来研制的采用烃燃料的热机可产生100W 电能。相同尺寸的液体双组元火箭发动机可产生大于13.3N 的推力,火箭发动机与涡轮泵和控制阀集成在同一芯片上。由分析和试验可知,该微型热机是可行的,这些装置创立了推进技术、流体控制和袖珍能量发生器的新概念。

一种用于卫星主推进器的高性能液体火箭发动机

随着卫星和其它空间飞行器质量的增加以及在轨时间的延长,要求整体式推进系统中的主推进器具有更高的性能。因此就有了为满足提高发动机比冲的要求而开发的改进性能的445N双组元液体火箭发动机Model R-4D-14,通过鉴定已经证实了这种发动机的比冲为3161±20m/s及超过30000秒的使用寿命。通过使用由Ultramet开发的专利产品—化学气相沉积铱作内衬的铼燃烧室,该款发动机已经达到了较高的比冲性能,同时这种材料和一个下垂式分级燃烧室(预燃室)结合强化燃烧过程,消除在未反应燃烧产物与铱衬里之间的任何潜在的化学反应及腐蚀。445N高性能远地点液体火箭发动机(HPLAE)Model R-4D-14通过飞行试验已经证明了用于休斯601HP及702卫星是合格的。另外一项研究将着手开发使用四氧化二氮、肼为推进剂的Model R-4D-16HiPAT^(TM)发动机,通过测试已经证明这种发动机在混合比从0.7到1.3、推进剂在4℃～38℃及推力在310～560N的变化范围内具有3207.9m/s的比冲。

姿控发动机静态特性分析

通过建立液体火箭姿控发动机静态数学模型,计算了典型双组元液体姿控发动机的静态特性,包括各干扰因素对发动机性能的影响、发动机的极限推力和整机试车推进剂耗量。并以热试车为例,将计算结果与试车结果进行了比较。结果证明,用该模型计算结果与实际试验值偏差完全在可接受范围内。

双组元高室压脉冲火箭发动机工作特性分析

为了研究高室压脉冲火箭发动机的工作特性,在分析其工作原理的基础上建立了数学模型,其中燃烧室和挤压腔采用零维模型,喷管采用一维准稳态模型,采用四阶Runge-Kutta法进行了求解.结果表明,燃烧室的最大压强和平均压强都高于推进剂供给压强,而挤压过程中进出燃烧室的质量不守恒是压强升高的原因.与常规液体火箭发动机相比较表明,脉冲火箭发动机的真空比冲提高了7.5%,而喉部面积仅为其10.2%.

微型推进系统技术方案研究

将微机电系统(MEMS)技术应用于微推进系统可以降低成本,减少风险,并可满足微型航天器对性能、体积和质量等的特殊要求。本文针对微电热推力器(FMMR)和微型双组元液体火箭发动机的技术方案进行研究,采用直接蒙特卡罗(DSMC)方法,对影响FMMR工作特性的因素进行了研究,并对其进行了性能评估;应用商用FLUANT软件,计算并分析了二维喷管流场的附面层情况;对无毒液体推进剂进行点火试验选择。研究结果表明,对于FMMR当采用H2O作为推进剂工质,比冲为68.247s,推力为0.225mN,效率为52.6%。通过采取其它措施可以进一步提高比冲、推力和效率。对于微型双组元液体火箭发动机,采用醇类作燃料时,起动平稳、响应时间短。通过系统集成和一体化设计,微推进系统在未来微型航天器上具有广阔的应用前景。

推力室中压力剧烈振荡区域的燃烧特性分析

在不施加任何扰动的情况下,对液氧/煤油双组元液体火箭发动机模型燃烧室进行三维非稳态数值模拟,获得了其中的压力自激振荡现象。基于定义的能够辨识定容和定压燃烧特征的第三邓克尔数分析了压力剧烈振荡区域的燃烧特性。结果表明,在压力剧烈振荡区域内,第三邓克尔数取值很大,即发生了准定容燃烧或介于定容和定压之间的燃烧过程。可见尽管液体火箭发动机燃烧室整体表现为定压燃烧特性,但在头部附近区域出现了局部具有非定压特性的燃烧过程,其产生的压力膨胀波来不及迅速传播而使当地的压力迅速升高,形成了定容弹效应,从而导致了燃烧不稳定性的发生。该压力峰的传播及其与室壁相互作用在燃烧室中产生声学不稳定性,与研究燃烧不稳定性的定容弹试验机理相同。

近空间飞行器推进系统研究

根据给定的飞行参数指标,建立了近空间飞行器的设计仿真模型和弹道模型。以余氧系数为变量参数,对其使用的双组元液体推进剂进行了分析和选择,并对泵压式和挤压式两种推进系统方案进行了比较研究。研究结果表明,选择过氧化氢/煤油作为组合推进剂比较合理,泵压式推进系统方案要优于挤压式推进系统方案。研究结果可为其它同类近空间飞行器的推进系统研究提供借鉴和依据。

朝鲜火箭的燃料选择

韩国打捞朝鲜火箭残骸的意义2012年12月12日,朝鲜火箭发射时,韩国的"宙斯盾"舰"世宗大王"号跟踪到了一级火箭助推器的坠落过程,记录了多个残骸坠落位置。当日上午该舰在边山半岛西侧160千米处发现漂浮的朝鲜火箭残骸,该残骸很快沉入海底。韩国海军派出1艘深潜救生艇"清海镇号"实施打捞。深海潜水员在海底80米处花费8个半小时,次日凌晨打捞出火箭残骸。残骸长7.6米,直径2.4米。