基于风险评估的航天飞机主发动机红线管理策略

本文以航天飞机主发动机为研究对象,运用定量风险评估技术建立了发动机的风险模型,通过对发动机失效的随机分布进行研究,确定了发动机出现故障时的红线管理策略。

航天飞机主发动机主要工况验证试验

在1995年8月至1996年5月间,利用技术试验基础(TTB)发动机实施了航天飞机主发动机(SSME)试验计划。对单级入轨火箭的研究表明,扩大推进系统的工作范围可显著降低火箭重量和成本。该试验计划证明,SSME 能在很宽的工作范围内安全工作,因此可用于单级入轨任务。共完成了八项试验,其中四项是在马歇尔航天飞行中心(MSFC)先进的发动机试验台上完成的,另外四项在斯特尼斯航天中心(SSC)A—2高空试验台上完成。主要试验项目有:1)发动机混合比在5.4～6.9之间的主级工况;2)在显著降低发动机入口压力(液氧为0.34MPa,燃料为0.26MPa)下的额定起动性能;3)在额定功率(RPL)的17%,22%,27%,40%,45%和50%下的低功率工况。采用高度仪表化的 TTB 发动机能够详细研究发动机系统的工作情况,这是标准的 SSME 所不能完成的,而且对更深入地了解SSME 和一般液体火箭发动机的能力起到了重要作用。

航天飞机主发动机故障原因分析

为了研制航天飞机推进装置故障早期发现自动系统,马歇尔航天飞行中心对航天飞机飞行或试验过程中出现的故障进行了大量的研究工作。

航天飞机主发动机高压液氧涡轮泵的氦气缓冲面密封件的设计与分析

气体缓冲密封件中有一种是由两个相对配置并各与一个单独轴环配合的流体薄膜面密封件组成。缓冲气体由外径处引入,通过每个密封件的径向间隙流向内径处两个相对而又隔开的环境中。对于应用于航天飞机主发动机液氧涡轮泵的氦气缓冲密封件的这种安排作了研究。考虑过各种面密封件结构,从中选择出自激励流体静力型和螺旋形槽几何外形两种作进一步评估。确定了流体薄膜特性、动态响应和热弹性变形。因为存在非常高的温度梯度,涡轮侧密封环的变形过度。此外,无论从哪个方面来考虑,其性能都很好。

对航天飞机主发动机高压燃料涡轮试件进出口径向和周向流动的测试研究

在液体火箭发动机涡轮的热试过程中,由于工作条件极端恶劣,要进行细致的流场测量是不可能的。但是,这些测量参数对于了解涡轮中复杂的流动又非常重要。马歇尔太空飞行中心(MSFC)采用全尺寸的发动机涡轮在等效的空气条件下进行了流场参数测量,用三孔眼睛蛇型探头、热膜探头和激光多普勒速度仪测量了航天飞机主发动机高压燃料涡轮进出口气流的速度分布、湍流强度以及附面层厚度,并用这些参数来完善计算流体力学的分析模型,进一步提高涡轮设计水平。本文还根据设计工况的一例试验结果对所使用的设备和测量方法进行了评述。

航天飞机主发动机高压氧涡轮泵可选方案中阻尼(减震)轴承的研制

航天推进涡轮机的研究产生了一种可供选择的液膜轴承设计方案,考虑应用于航天飞机主发动机(SSME)高压氧涡轮泵另一方案(ATD HPOTP)中。这种液膜轴承有以下两种功能:①泵端轴承功能;②预燃室泵后端耐磨环形密封功能。该方案由于淘汰了目前使用的滚动元件轴承,因而大大减少元件数目及组装成本。本文描述了设计范围、设计思路,以及轴承元件对涡轮泵液压动力性能和转子动力性能的影响。

航天飞机主发动机液氧泵高同步振动问题

有效地解决推进系统发动机研制中出现的问题是航天系统成功的关键。航天飞机主发动机(SSME)研制阶段改型的液氧泵出现了一些问题使计划遇到麻烦,需特别注意解决。其中高同步振动问题最为严重,要求政府承包商协同预以解决。本文介绍研究方法(故障树逻辑法)、轴承转子动力系统的复杂性,问题及其解决措施。

布洛克Ⅱ——一种新型航天飞机主发动机

1971年,洛克威尔国际公司洛克达因分公司与 NASA——马歇尔空间飞行中心(MSFC)签订设计和研制航天飞机主发动机(SSME)的合同。同时,NASA——MSFC 和洛克达因分公司联合生产一种具有高性能、高可靠性和可重复使用性的液体火箭发动机。SSME 已参加76次航天飞机的飞行,或者说自1981年4月的 STS—1的首次飞行以来已有228台发动机参加发射。这些飞行基于2476次地面试验,热试时间累计735,074s,相当于483次以上的航天飞机飞行。

航天飞机主发动机高压涡轮泵工作寿命的改进

当前航天飞机主发动机第一阶段发动机已经验证在高达104％额定功率下具有极好的飞行性能。早期在109％额定功率下作的鉴定试验表明,高压涡轮泵的工作寿命受到一定限制。第二阶段发动机研制计划自1983年以来一直在进行着,旨在提高工作寿命并提供附加余量。本文中介绍了航天飞机主发动机第一阶段发动机的研制历史和第二阶段发动机的设计和结果,以及高压涡轮泵工作寿命极限及其需大量维护的关键部件的验证情况,并概述了第二阶段发动机的设计改进、基本分析和试验结果。此外,在本文中还讨论了正式的鉴定试验计划。高压燃料涡轮泵已作了改进,以便减低涡轮工作温度,延长一、二级涡轮叶片的工作寿命并减小金属板维护工作量。高压氧化剂涡轮泵也作了改进,以便改进轴承工作寿命并消除次同步旋转问題。对于这些改进以及为了快速评估其优点而设计和使用的专用仪表都作了详细讨论。

航天飞机主发动机高压氧化剂涡轮泵4号轴承组件中的冷却剂流量和传热分析

采用PHOENICS程序来模拟通过航天飞机主发动机高压氧化剂涡轮泵4号滚珠轴承组件的液氧流量。PHOENICS的机体配合坐标系能被用来建立几何图形的精确模型。用此模型说明的效应有计算转数、液氧的粘滞加热以及液氧沸腾引起的两相流效应等。采用一种单独程序来说明滚珠轴承内的热传导现象。此单独程序与PHOENICS流量和传热分析相配合。求解了液氧冷却剂的速度场和温度场以及滚珠温度。预计的滚珠温度表明,冷却剂在邻近滚珠表面的区域内发生沸腾现象。

航天飞机主发动机故障诊断专家系统

航天飞机主发动机(SSME)故障的早期检测与诊断是很重要的,由此可以有充足的时间防止故障发生和采取纠正措施。因为象SSME这样一个复杂系统中的绝大多数故障发生很快,早期地、及时地检测和诊断这些故障对航天飞机的生存是至关重要的。我们设计了一个专家系统,可以自动学习、检测、识别、证实和纠正异常的推进器系统动作。本文详述了这种专家系统自动训练方面所采用的新颖的机器学习方法。

航天飞机主发动机预燃室火花塞点火器系统的引爆

阐述了航天飞机主发动机预燃室点火器系统的引爆,给出了试验结果,提出了预防措施。

航天飞机发动机设计技术革新太阳能利用

航天飞机主发动机（SSME）几乎是目前世界上工程师开发的最耐高温的产品。其在-252．8℃～33l5．6℃之间运行，最高温度比铁的沸点还高。目前，用于SSME设计的技术已被用于建造世界上最高温的太阳能发电站之一。

三模态热管式喷气发动机—新型的航空飞机主发动机

三模态热管式喷气发动机是在同一热管（燃烧室）中，按照航空飞机在起飞，加速爬升到高空高速和进入稀薄大气层飞行阶段，依次进入脉动式，冲压式和火箭三种工作模态。计算表明：用液氢燃料的三模态热管式喷气发动机，完全满足单级入轨，水平起降航天飞机从起飞到入轨全航程的推力要求。

发射中止主角:RS-68发动机

在德尔它4重型火箭最近连续两次中止发射事件中,主角都是RS-68型发动机,它采用液氢液氧燃料,是现役推力最大的火箭发动机。按照研制方波音公司的说法,它是世界上第一种"费用作为独立变量"(CAIV)的液体火箭推进系统。这个概念的主要目的,是控制型号研制生产的成本。因为费用控制得力,RS-68发动机的研制成本还不如吉列手动剃须刀高。RS-68发动机也是自从航天飞机主发动机问世之后,美国第一种通过认证、可以投入业务运行的新型火箭发动机。

航天飞机主发动机高压燃料涡轮泵的故障模式

对航天飞机主发动机(SSME)高压燃料涡轮泵(HPFTP)的故障模式作了归纳总结,深入分析了HPFTP关键部件故障的问题及其解决办法.研究表明:1SSME的HPFTP故障模式与一次性使用液体火箭发动机液氢涡轮泵、航空燃气涡轮的故障模式存在很大的差异;2影响HPFTP寿命的重要故障模式是涡轮叶片的断裂与热防护装置的热机械疲劳故障;涡轮叶片的断裂主要由高温蠕变效应与高速旋转离心力所引起.HPFTP启动、关机瞬态效应对涡轮叶片的影响也很严重,在涡轮叶片寿命预估时必须考虑这些因素;3HPFTP次同步振动问题是SSME HPFTP设计初期面临的一个重要故障模式,主要由轴承与泵级间密封引起的;4启动隔离密封这类HPFTP专有密封件的故障模式也是HPFTP故障模式的重要组成部分.

RS-68发动机通过飞行验证

波音洛克达因公司(Boeing Rocketdyne)的氢氧发动机RS-68已作为德尔它Ⅳ火箭的第一级通过飞行验证。该发动机是自从航天飞机主发动机(SSME)研制以来,美国第一次用低温发动机作为火箭的一级发动机。RS-68发动机推力295,100kg,热试车183次,总试车时间18,654秒。

用于火箭发动机的高温高压光学通道

本文对液体火箭发动机热气系统视窗组件的设计,制造和试验进行了描述。航天飞机主发动机燃料预燃室的热气体可用视窗进行光学测量,该部件采用多路遥控光学测量技术,其中包括:Raman温度和核素集聚测量,Raleigh温度测量,燃烧辐射监测,流量测绘,激光感应以及发动机工作期间构件图像。该视窗组件已成功地在810.93K下检测到55.12MPa压强以及在室温下测到75.79MPa以上的压强。计算机应力分析表明:该视窗既耐高温且能经得住低温冲击。

美国航天飞机设计复审与重新设计

美国航天飞机挑战者号失事后,以前国务卿罗杰斯为首的总统委员会对事故进行了调查,并与1986年7月14日提交了调查报告。从那时起,为了恢复航天飞机飞行,美国宇航局(NASA)