我国新一代载人火箭液氧煤油发动机

分析了国内外载人火箭主动力的发展情况与发展趋势,介绍了我国1200 kN和180 kN两型液氧煤油发动机的研制历程、系统组成、工作原理、性能参数、关键技术和应用情况。两型发动机突破了补燃循环、自身起动、大范围工况调节、高效稳定燃烧、高压推力室冷却、反力式涡轮、大范围轴向力平衡、低温高DN值轴承、组合式涡轮泵密封、大直径低温阀、高精度调节器、推力矢量控制等关键技术。目前,两型发动机研制工作已基本完成,将成为我国新一代载人火箭的动力组合,实现我国航天主动力的更新换代。

液氧/煤油补燃火箭发动机氧路低频动特性分析

液体火箭发动机氧路系统低频动特性研究是进行运载火箭POGO振动分析和判别的必要工作。以某型液氧/煤油补燃循环火箭发动机为研究对象,采用模块化建模方法建立了基于自动控制理论的发动机氧路系统线性小偏差的传递矩阵模型,分别对发动机氧路系统和试车台氧化剂输送系统动特性进行数值仿真,并对比分析了试车数据和仿真结果。研究表明,数学模型和计算方法具有一定的正确性;熵波对系统的低频动特性有一定影响。

液氧/煤油补燃火箭发动机整流栅应用研究

介绍了液氧/煤油补燃火箭发动机整流栅的各种结构,简要叙述了空气吹风模拟试验研究方法与研究结果。利用Fluent软件对燃气弯管内流场进行了数值模拟,分析其流动与压力分布。建立了发动机整流栅声学特性的计算模型,采用变步长四阶龙格-库塔数值逼近方法计算声导纳,并对整流栅抑制高频燃烧不稳定性的机理进行了初步探讨。结果表明,整流栅除了影响燃气入口总压的均匀性之外,还可起到抑制高频燃烧不稳定性的作用。

“长征五号”火箭液氧煤油发动机总体技术

高压补燃液氧煤油发动机应用于“长征五号”(CZ-5)运载火箭助推模块,该发动机采用高压补燃循环,具有高性能、自身起动、大范围推力和混合比调节、结构紧凑等特点。回顾了“长征五号”助推液氧煤油发动机研制历程和技术方案特点,分析了液氧煤油发动机自身起动点火技术、双机并联大时差不同步关机技术、单机和双机并联发动机整机结构低频特性等研制中的发动机总体技术。提出了YF-100液氧煤油补燃发动机性能提升、结构轻质化、可靠性增长和全任务剖面环境适应性的改进方向,以及对高精度发动机在线故障诊断系统的需求。

泵压式氢/氧液体火箭发动机质量分析

在文献资料研究的基础上,根据泵压式氢/氧液体火箭发动机的实际特点,考虑发动机性能参数及结构尺寸等影响因素,利用理论推导、统计学及面密度等方法建立发动机质量模型。通过对SSME、RD-0120等8台氢/氧发动机质量的计算,验证了质量模型的合理性。为发动机在系统方案论证时,其质量、性能等参数的估算和优化奠定了基础。

载人登月主动力——大推力液氧煤油发动机研究

大推力液氧煤油发动机是航天运载主动力的发展方向,是载人登月等重大航天活动的动力基础。提出了我国载人登月主动力—600吨级双推力室液氧煤油发动机的发展设想,并提出了该发动机补燃循环、泵后摇摆等总体方案,选择了发动机主要参数,进行了总体布局设计,梳理了关键技术,探讨了其用途。这将大幅提升我国进入空间的能力,以满足我国载人登月和深空探测等重大航天活动的动力需求。

液氧／煤油液体火箭发动机的应用与发展前景

液氧／煤油液体火箭发动机的应用与发展前景张贵田Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＬＯＸ／ＲＰ－１ｌｉｑｕｉｄｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｒｏｃｋｅｔｅｎｇｉｎｅｉｎｔｈｅ...

世界首台液氧煤油旋转爆震火箭发动机全尺寸样机试验成功

俄罗斯先期研究基金会对世界首台液氧煤油旋转爆震火箭发动机全尺寸样机进行了33次点火试验，验证了旋转爆震火箭发动机的技术可行性。发动机实现连续爆震，产生稳定推力，发动机工作频率达20千赫兹。

液氧/烃液体火箭发动机燃烧模型及计算机模拟

本文提出了一个通用的液氧/烃液体火箭发动机燃烧模型.模型采用多流管压力耦合方法,并考虑了推进剂液滴剥离、高压超临界燃烧和液膜冷却等对发动机燃烧过程的影响.利用本模型对液氧/丙烷发动机燃烧过程的计算模拟表明:本模型为液氧/烃发动机燃烧过程的模拟和性能预估提供了一个有效的理论工具.

液氧/甲烷液体火箭发动机燃烧研究最新进展

近来,俄罗斯和欧洲正在联合进行一个名为“VOLGA”的研究计划。其主要目标是用于可重复使用运载火箭或大型助推器的液氧/甲烷发动机的概念研究。SNECMA 的主要工作是研究预燃室/燃气发生器的可重复使用技术,在液氧/液氢“火神”燃气发生器研制过程中,获得了很多低温推进剂的燃烧经验,但液氧/甲烷富燃燃烧带来了许多新的问题:如喷注性能、燃烧效率、稳定性、积碳形成等。为了解决上述问题,目前正在进行实验和理论两方面的研究。ONERA 的马斯喀特(Mascotte)试验装置就被改造用于研究甲烷的燃烧。最初的研究完成了对低混合比和压力范围在0.1MPa 到6.0MPa 下的液甲烷和气甲烷同轴喷注技术的评估。各项研究在继续进行,以求对液氧/甲烷低温燃烧问题进行完整的描述和理解。除了上述研究外,还在进行计算流体力学数值模拟工具的更新工作,但是只有一些非常特殊的工况点才需要进行修改工作,这是因为过去的火箭发动机燃烧研究工作已经对液氧/液氢低温燃烧特性有了深入的理解,有很多研究成果可用于液氧/甲烷燃烧研究。目前的主要问题集中在甲烷的高频燃烧稳定性和燃烧化学效应方面。在一个称为INCA 的新的燃烧研究计划框架内将对这些问题进行研究。

液氧煤油火箭发动机排放预冷数值仿真

针对预冷过程中输送系统和发动机流道内沸腾传热和两相流动过程,建立一维二流体模型。以某液氧煤油发动机为原型,对不同气枕压力、排放管径和空中排放时间条件下排放预冷过程进行仿真,分析进出口温度以及流量特性的变化情况,结果表明增大排放管径和排放压力均可以增强预冷效果,而空中排放预冷时达到同样预冷效果所需的推进剂量则与管径大小无关,并且预冷效果受到地面状态的影响。

液氧煤油发动机高压推力室冷却技术

针对液氧煤油发动机高室压推力室冷却技术,讨论了多条内冷却环带、人为粗糙度、内壁铣槽结构和隔热镀层等主要技术措施。对带人为粗糙度的平直通道内流动进行了二维和三维时均流数值模拟,分析了人为粗糙度局部强化换热机理。对多条液气膜冷却环带进行了数值模拟,分析了内冷却流量对冷却的影响。研究结果表明,合理设置人为粗糙度和采用冷却环带技术可有效降低推力室局部气壁温,以煤油为冷却剂的高压推力室冷却方案应以再生冷却结合多条液气膜冷却技术为主,综合采取人为粗糙度、高导热材料、隔热镀层等技术措施。

液氧煤油高压补燃循环发动机深度变推力系统方案研究

鉴于重复使用运载器对动力系统的技术需求,以我国新一代运载火箭主动力液氧煤油高压补燃循环发动机为研究对象,建立了多参数、非线性以及强耦合的发动机系统仿真平台。在分析国内外变推力液体火箭发动机技术特点的基础上,根据液氧煤油发动机单路推力调节的仿真结果,首次提出了发生器燃料路流量调节器调节、主涡轮前燃气分流以及氧化剂主路节流等相结合,并辅助以气体乳化提高喷注器压降的组合深度推力调节方案。仿真结果表明:发动机推力调节能力可达10:1,且能实现多次点火起动,具有性能高、调节范围大的优点。

500 tf级液氧煤油高压补燃发动机研制进展

500 tf级液氧煤油高压补燃发动机是我国下一代航天主动力,将大幅提升我国航天动力的技术水平,为我国航天发展提供强大动力。发动机采用高压补燃循环系统、泵后摇摆和双推力室方案,具有无毒环保、高性能、高可靠、推力和混合比可调节、使用维护便捷等特点,发动机研制需突破分级启动、健康管理、泵后摇摆、大功率高效涡轮泵、高压大流量高性能燃烧组件、高压大流量调节组件及低温阀门、发动机新工艺与热试验等多项关键技术。目前已完成发动机的方案设计和生产,开展了大量试验验证,完成半系统试车和首台整机装配,关键技术取得重大突破,为发动机后续工程研制奠定了基础。

深度变推力液氧煤油发动机技术研究

针对未来载人登月着陆器对更大深度变推力动力的需求,开展了补燃循环液氧煤油发动机深度变推力技术研究,运用系统仿真、推力室传热特性仿真及燃烧流动特性仿真等方法,结合喷雾试验、单喷嘴点火试验、全尺寸发生器热试及原型泵水试等试验,验证了发动机变推力、燃烧组件工作稳定性及低工况冷却、深度变工况涡轮泵等关键技术。结果表明,发动机与核心燃烧组件方案合理可行、发动机性能先进,可用于我国未来载人登月下降级发动机的研制。

液体火箭发动机气液同轴式喷嘴混合特性实验研究

本文通过实验研究了液体火箭发动机气液同轴离心式喷嘴的混合特性。利用两相探针技术，测量了喷嘴下游喷雾流场中气液流强和混合比分布，考察了喷嘴缩进比和气液喷注压降等参数对混合特性的影响。结果表明，气液同轴离心式喷嘴的缩进比对喷嘴混合特性有较大影响，增大缩进比将导致更窄的气液流强分布和更均匀的混合，而改变气液喷注压降将导致不同的流强和混合比分布规律。

液氧煤油发动机地面试车故障监控系统研制

为了降低试车中发动机故障对产品和试车台造成的危害,提高安全性,设计了液氧煤油高压补燃发动机地面试车故障监控系统。主要介绍了系统总体实施方案、检测算法及验证情况。多次实际热试车考核和对大量热试车数据的验证表明,该系统未出现一次误报警,能够比指挥员提前检测到故障,系统简单可靠,易于实现,经济性好,对实现地面试车、箭载发动机故障检测和报警具有工程应用价值。

液氧/煤油发动机煤油预压涡轮泵技术

液氧/煤油发动机采用独立的预压涡轮泵装置可减小推进剂组元贮箱的增压和提高主泵的转速,从而提高主泵的效率并降低其结构质量。以煤油预压涡轮泵为例,阐述了预压泵结构特点、轴承冷却系统及轴向力平衡装置。为提高预压泵的抗汽蚀性能和扬程,提出了变螺距变轮毂诱导轮方案,分析了流量系数、螺距及轮毂形状,并对诱导轮内流场进行了数值模拟,获得了其内部流场结构。水力试验结果表明,煤油预压泵性能稳定,在预压泵额定流量下,可使煤油主泵的入口压力提高约0.4MPa,与设计值相符。

基于机电伺服控制的液氧煤油发动机推力调节技术

针对补燃循环液氧煤油发动机推力调节需求,根据发动机系统特点,提出了基于机电伺服控制的发动机推力调节方案。论证了推力调节机电伺服系统组成、工作过程、机电伺服作动器和伺服控制器方案;提出了系统功能失效安全的伺服系统故障保护方案以及融合伺服控制器自检测和自诊断结果、发动机热力参数的发动机推力调节故障监控方案;开展了推力调节机电伺服系统稳动态特性仿真、负载模拟试验、冷调试验、环境试验和发动机热试考核。结果表明:该系统调节性能、可靠性和环境适应性满足发动机推力调节应用需求。

500t级液氧煤油补燃发动机起动过程仿真研究

500t级液氧煤油补燃发动机是我国首台采用双推力室方案、自身分级起动方式的重型液体火箭发动机。结合重型发动机特点建立了描述发动机起动过程的数学模型,通过数值仿真分析了影响发动机起动特性的主要因素,确定了发动机的起动方案。研究结果表明:液氧主阀和发生器燃料阀打开时差应确保发生器点火在氧头腔充满后进行;流量调节器的转初级起始时间应早于推力室建压时间;燃料节流阀转大流量应在发动机起动受控段进行。