补燃循环液体火箭发动机大范围工况调节方案研究

结合液氧/煤油补燃循环发动机的结构和工作特点,重点探讨了推力室燃料主路节流、涡轮分流以及变发生器混合比等推力调节方案在发动机上的应用,确定了在发生器燃料路设置流量调节器改变发生器混合比,实现发动机推力在50%～110%范围内调节的方案,分析了推力调节速率对发动机工作过程的影响及主要组件的适应性。

过氧化氢/煤油双组元推力室催化分解点火研究

针对小推力过氧化氢/煤油推力室催化分解点火进行研究。作为过氧化氢/煤油双组元发动机的技术途径之一,还可扩展应用于催化分解点火火炬、补燃循环发动机中。推力室采用细颗粒催化剂床分解90%浓度过氧化氢(90%H_2O_2),分解的高温燃气使煤油雾化、蒸发和点火并且自维持燃烧。研究工作包括了催化剂床和气液喷注器的设计、单组元分解特性、双组元点火可靠性、工作效率及稳定性研究。试验中采用热容式燃烧室,催化剂床采用轮毂式分配板和多孔式床支板,并检验了不同结构的分解燃气与燃料喷射、混合情况。研究结果显示,催化分解点火可靠性高,工作稳定,燃烧效率在95%以上。

流量调节器动态特性研究

针对一种用于液体火箭发动机的液体流量调节器,建立了描述该流量调节器稳流工作过程的非线性动态数学模型,并利用该模型对流量调节器的动态响应特性进行了仿真研究,探讨了结构参数变化对流量调节器动态特性的影响。

我国首次闭式循环发动机发生器-涡轮泵联动试验研究

液氧/煤油闭式循环发动机发生器-涡轮泵联动试验的特点是发生器组元供应依赖氧泵及煤油泵;联动试验产品自身起动,化学点火,闭式循环工作;通过流量调节器、节流阀、工艺喷管和多级节流装置实现系统调节和参数平衡。联动试验的主要目的是考验涡轮泵、发生器、阀及相关分系统的方案可行性及工作协调性,掌握补燃循环系统的起动特点及试验技术。本文论述了联动试验系统总体方案、关键技术攻关研究、分系统地面冷试方案、试验工况调整、试验程序确定及试验保障措施等试验方案设计过程,对进一步试验和同类型试验具有重要参考及借鉴价值。

欧洲航天动力规划与我国空间推进技术发展对策

在法国凡尔塞举行的第六届国际空间会议上,欧洲航天比较详尽地向世界展示了其航天动力技术的过去、现在和未来。本文记录了本次会议的情况,分析了当前国内外航天动力的发展趋势和我国空间推进技术现状,提出了我国空间推进技术的发展建议。

补燃循环发动机起动过程仿真研究

对补燃循环发动机的起动过程进行了仿真研究,建立的仿真模型主要包括液路、气路、涡轮泵、流量调节器的数学模型。最后,介绍了试车前的仿真结果和实际试车数据的对比情况。

液体火箭发动机在高空工作期间喷管及其周围流场研究

研究了液体火箭发动机(简称火箭发动机)在不同高度飞行时喷管内及喷管周围的气流流动参数分布与高度的变化关系。研究结果表明:火箭发动机当其工作高度低于设计高度很多时,燃气在喷管内流动时将会产生激波;当工作高度接近设计高度时,燃气在喷管内流动时将产生微弱的斜激波;当工作高度超过设计高度时,燃气在喷管外将会产生"羽流","羽流"的面积随着飞行高度的增加而变大;当飞行高度大于设计高度时,应考虑燃气"羽流"对发动机及所携带载荷的影响,所携带载荷应有热及污染的防护措施;此时喷管应采用变面积比的喷管,即高度补偿喷管,此喷管的面积比随着飞行高度的增加而增大。

三组元喷嘴冷流试验研究

本文简要介绍了液氧/煤油高压补燃发动机富氧燃气/煤油喷嘴的一般形式以及在此基础上引入气态氢的四种三组元喷嘴结构方案。重点分析了富氧燃气/煤油/气氢三组元喷嘴的冷流喷雾试验结果,研究了三组元喷嘴的流量特性、雾化特性及流强分布特性、气气两相流的相互影响及结构尺寸对其特性的影响。文中结合三组元喷嘴内流场计算分析,给出四种三组元喷嘴方案的性能优劣。

小卫星上的低成本40N过氧化氢/煤油双组元推力室研究

未来的小卫星将需要高性能的双组元推进系统,传统自燃推进剂由于其毒性和复杂的使用维护要求而使得成本极高。采用绿色推进剂可以降低使用成本,同时又能提供和传统自燃推进剂相当的性能。该文介绍了推力40N挤压式HTP(高浓度过氧化氢)/煤油双组元推力室的设计和加工。采用简单的喷注器结构,特征速度效率在90%～92%范围内。设计的新型冷却系统采用过氧化氢分解气体作为冷却剂,提高了密度比冲。发动机采用标准材料,以减少设计开发和制造成本。采用占总流量16%的过氧化氢分解产生气膜来冷却喷管,已经得到验证可适应连续工作的要求。采用上述方案,估计获得实际真空比冲2577m/s是可能的。

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。

普惠公司RL60上面级发动机的研制现状

普惠(P&W)公司的RL10发动机作为美国系列运载火箭的低温上面级发动机已有30多年的历史了。虽然,P&W公司希望在今后的几年中,继续使用各种RL10发动机,但为了满足未来运载火箭的需要,他们已开始着手研制新一代RL60低温上面级发动机。这种发动机性能更优,推力是RL10的2倍,但与RL10发动机的外廓尺寸一样。RL60是一种先进的液氧/液氢膨胀循环发动机,其中涉及的许多关键技术提高了发动机的性能和可操作性,与此同时,仍具有与RL10相同的多次点火功能、寿命和可靠性。目前,P&W公司已承担了一项用于验证其关键技术的研究项目。通过该项目的开展,可以为后续进行的全尺寸发动机研制(FSD)计划降低风险。

补燃发动机涡轮泵轴向力平衡系统研究

针对补燃发动机涡轮泵的工作特点,本文就平衡活塞的结构、平衡能力和反应灵敏度进行了研究。确定了平衡活塞能力的计算方法与涡轮泵装配时的调整方法。经过涡轮泵组件单项试验的验证和发动机不同试车工况的整机热试车考验,涡轮泵轴向力平衡系统的调整和计算与试验吻合,完全满足发动机要求。

液体火箭发动机协同设计开发环境研究

论述了我所液体火箭发动机在协同设计环境研究与应用过程中所开展的一些工作和取得的一些成绩,并分析了在实际应用过程中,液体火箭发动机协同设计环境研究存在的关键技术及问题,介绍了我所在开展液体火箭协同设计环境研究与应用过程中的一些经验与体会。

推力室响应特性模拟试验研究

液体火箭发动机推力室响应特性包括起动加速性及关机减速性,这些都是考核发动机性能的指标,其通常结合发动机的热试车进行测量。本文提出了一种间接测量推力室响应时间的方法,即通过测量发动机相关部件的充填时间等参数估算推力室响应特性,然后对该方法的误差进行了分析。文中还介绍了具体的试验方案和试验结果,讨论了本方法的应用效果和发展前景。

运用高速动态分析系统研究喷嘴雾化性能

运用高速动态分析系统研究了喷嘴的雾化性能,重点阐述了高速动态分析系统的原理、构成、工作方式及其在研究喷嘴雾化性能方面的应用。

补燃循环发动机燃气发生器工作效率的研究方法

本文根据某型号发动机热试采集的数据,通过建立燃气发生器和涡轮静子工作时的控制方程,计算了该发动机在稳定工作段燃气发生器的室压、混合比、燃气温度等性能参数的变化规律,在考虑了推进剂温升的情况下,计算了在稳定工作时燃气发生器的工作效率。本文的计算方法对补燃循环发动机燃气发生器的性能分析和深入研究具有一定的参考价值。

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。

涡轮泵转子动平衡的控制方法研究

在泵压式液体火箭发动机中,涡轮泵转子的动平衡品质对涡轮泵的工作环境会产生直接影响。本文针对长征系列运载火箭发动机涡轮泵转子的特点,分析了涡轮泵转子不平衡的来源,并提出了控制涡轮泵转子动平衡的一些措施。

某发动机燃料节流阀特性研究

介绍了某发动机燃料节流阀的功能及结构特点,对其工作过程和工作特性进行了试验研究,提出了设计过程中满足发动机要求的具体措施。

未来运载器液体火箭发动机推力室技术研究

Astrium的航天基础技术分部(SI)正在研究下一代部分可重复使用和可重复使用液体火箭发动机的相关技术。本文总结了对以下主推力室组件所进行的技术研究工作:喷注器、主燃烧室、喷管延伸段。对于高性能分级燃烧循环发动机,先进喷注器的研究重点是气态推进剂的喷注。已经为Astrium的燃烧室设计了能够喷注液氧、冷却剂氢和预燃室热气体的喷注器。另一项工作是低成本喷注器方案研究,使单喷嘴的质量流量为标准喷嘴的四倍。对于主燃烧室,可以预见的可用技术是提高可重复使用推进系统中推力室的寿命。本文研究了一种弹性内衬和一种先进热防护壳体。文中给出了这两项技术的缩尺燃烧室试验结果。另一项主要工作是增加先进高性能胀膨循环发动机燃烧室壁的热传导。本文汇总了不同结构的缩尺燃烧室试验结果。对于喷管延伸段,研究重点是陶瓷基复合材料喷管延伸段,最近对缩尺试验件进行了试验,将燃烧室试验压力提高到8MPa。对于未来的高面积比方案(HARC),最近正在设计一种热量测量喷管延伸段,用于测量在满流和分离流状态下的热传导。