苏联大型运载火箭主发动机

本文介绍了苏联大型运载火箭现有一、二子级推进系统的情况,其中主要包括RD-170液氧/煤油和RD-0120液氧/液氢发动机的设计规范及总结。文中也介绍了发动机研制新的方向,主要是提高可靠性和安全性。另外,也介绍了三组元推进剂火箭发动机的研制工作。     

LE/7HL液氧/甲烷发动机研究

本文讨论了把 H-Ⅱ运载火箭一级的 LE-7液氧/液氢发动机的推进剂改为液氧/烃的问题。文章从满足工作条件和可靠性要求出发,对 LE-7只作一些改动,即可用甲烷代替液氢作燃料,从而大幅度降低成本。     

液氢用高速接触式机械密封的密封特性研究

一、序论液氢液氧火箭发动机的突出优点是推进剂单位质量具有相当大的推力。但是,研制这种发动机必须解决包括超低温因素在内的各种问题。涡轮泵是减轻推进剂贮箱重量的必要部件,它由输送推进剂的泵和驱动该泵的燃气涡轮     

液体火箭用液氧泵和液氢泵

使用液氧和液氢做推进剂能提高液体火箭的性能,因此,日本也期望早日研制液氧液氢火箭。现在,以宇宙开发事业团为主正在研制10顿级液氧液氢火箭发动机。如图1所示,液体火箭发动机的重要组件涡轮泵,是由把贮箱内的推进剂压送到燃烧室中去的泵和驱动泵的燃气涡轮所组成。近年来,由于航天飞机主发动机(SSME)都采用     

先进助推器发动机

通过近来的研究已经确定了先进助推器推进的关键技术及发动机的性能目标。研究考虑了与液氧组合的两种燃料,即烃与氢。重点放在烃燃料上,因为烃燃料密度高,将使运载器结构重量低。这对于两级系统的助推级特别有利。本研究表明,在减小运载器重量方面,发动机的推重比较之比推力更重要。燃烧室压力在2000到3000磅/英寸~2(绝压)时推重比最大。这个范围内的室压将导致发动机尺寸较小。因此,它将比以前室压为1000磅/英寸~2(绝压)的烃燃料发动机更有利于安装在运载器上。为解决高室压而必须解决的关键技术是推力室的烃冷却能力和由轴承与密封能力决定的可容许的涡轮泵转速。喷注器的设计必须燃烧稳定且效率高。就运载器性能而言,几种可供选用的烃燃料(CH4,C_3H_8,RP-1)并无明显的差别。因此,在推进剂选择前,对燃料的实验和分析评价主要是确定它们对发动机能力和研制风险的影响。现正在评估一次性使用和可重复使用的发动机。一次性使用发动机的成本可通过优化设计和制造方法以及材料的选择来降低。     

液体火箭发动机羽烟紫外辐射特性分析

通过分析火箭发动机羽烟的紫外辐射机理,建立了适用于热发射、CO + O 化学发光、OH 自由基化学发光的液体火箭发动机羽烟紫外辐射模型,可以考虑热发射、CO + O 化学发光、OH 自由基化学发光等紫外辐射机理。在分别计算流场和辐射传输的基础上,分别采用二维和三维网格计算流场参数和辐射传输,既节省了计算时间,还可得到羽烟在不同视角的紫外光谱辐射强度分布和二维辐亮度分布。利用火箭发动机羽烟紫外辐射模型,计算了液氢/ 液氧和航空煤油/ 液氧两种双组元液体推进剂火箭发动机羽烟的紫外光谱辐射强度分布和二维辐亮度分布,并以液氢/ 液氧推进剂为例,研究了液体混合比对液体火箭发动机羽烟紫外辐射分布的影响。研究结果可以为紫外导弹预警系统判断导弹所采用的液体火箭发动机类型,以及液体火箭发动机导弹紫外隐身性能的改进提供参考。     

液氧/甲烷/氢三组元推进剂助推发动机设计方案

本丈讨论的是液氧/甲烷/氢三组元助推发动机的设计方案。发动机中采用液氢,可以消除或大大减少由设计高压、重复使用的烃助推发动机而带来的风险。     

以YF-75发动机为平台的三组元液体火箭发动机系统设计

三组元火箭发动机是实现单级入轨的一项关键技术,是以液氧为氧化剂,以高密度的烃类燃料(如煤油)及液氢为燃料,在低高度飞行段采用三组元,在高空采用液氧/液氢双组元,提高了发动机的密度比冲.通过系统平衡计算设计的三组元发动机,建立在YF-75发动机的基础之上,充分继承了已有的液氢/液氧发动机的研制成果,是可以在短期时间内实现的三组元液体火箭发动机.     

液氧/液氢推进系统的研制

日本液氧/液氢推进系统(打算用于未来日本运载火箭H-1的第二级)的研制计划,目前正由日本有关火箭技术的三家有代表性的机构,即:宇宙开发事业团,航空宇宙技术研究所和东京大学宇宙航空研究所合作执行。宇宙航空研究所从1975年便开始按照自己的计划进行液氧/液氢推进系统研制性的研究工作,到1980年,七吨级推力的发动机各主要组合件的研制性试验已接近完成。该发动机的推力室为管束式结构,其额定设计性能为:真空推力7000公斤,真空比推力433秒。燃气发生器为侧向出口逆流型式,它由球形燃烧室,12个同轴式喷嘴的喷注器和一个起动活门组成。涡轮泵的结构设计是非常特殊的,它在过去的火箭发动机上从来未曾研制过。液氧泵和液氢泵分别安装在各自的终端,而涡轮装在涡轮泵装置的中央,两台泵各自装在互不相连的两根轴上,因为两个涡轮转子之间没有导向叶片(静子),所以两个转子彼此按相反的方向旋转。固体推进剂燃气发生器用作涡轮的起动器。1980年6月,发动机系统与这些组合件一起组装并进行了试验。宇宙航空研究所在管束式推力室研制的同时,还正在研制沟槽式推力室,此种推力室准备用于未来的高性能发动机,沟槽式推力室的制造采用了扩散焊接工艺。本文介绍了由宇宙航空研究所进行的液氧/液氢推进系统方面的研制现状。     

低温上面级试验装置发动机

轨道转移飞行器打算使用先进的膨胀动力循环的液氧/液氢泵压式发动机。为了减少费用和缩短发动机最终研制进度,国家航宇局正在为关键性部件的技术项目提供专款。火箭达因公司用公司提供的项目经费,设计和制造了一台整套部件鉴定样机。该试验装置包括所有的主要组件(喷注器、点火器,再生冷却燃烧室和喷管,以及液氧/液氢高压涡轮泵),这些组件按接近飞行状态装配。为了便于改进,一些管路和组件用螺栓法兰连接。业已制造出的整套部件鉴定样机,已安装在试验设备上。为了确定启动和关机程序以及稳态控制参数,对系统和各部件进行了模拟分析。点火器的试验业已结束,涡轮泵的试验正在进行中,以后打算进行一些发动机试验,为先进的轨道转移飞行器发动机确定技术。     

高压多级氢泵的优化与试验

高压小通径多级氢泵是新一代大型运载火箭上面级液氧/液氢膨胀循环发动机氢涡轮泵的重要组成部分,其功能是将来自储箱的低压液氢增压到系统要求的压力.膨胀循环发动机中氢泵性能的高低对发动机性能影响很大,氢泵必须既有很高的出口压力又兼有较高的效率,否则发动机将无法正常工作.对氢泵流道行了数值仿真计算,提出了优化方案,并进行了多次水力试验验证.试验结果表明,计算与优化的结果是正确的,氢泵的性能指标达到了设计要求.     

HM60发动机涡轮泵的初步结构

本文叙述HM60发动机两台涡轮泵的基准结构。液氧涡轮泵由一个诱导轮,一级离心叶轮和单级冲动悬臂涡轮组成。液氧冷却的前轴承位于诱导轮和主叶轮之间,后轴承用液氢冷却,一道氦气吹除密封隔开两种推进剂;氧涡轮泵的轴是亚临界轴。液氢涡轮泵由一个诱导轮,两级离心叶轮和两级涡轮组成;前轴承位于诱导轮和第一级主叶轮之间,而后轴承则在涡轮外侧,两个轴承均用氢冷却。氢涡轮泵的轴是超临界轴。     

液氧/烃助推发动机方案

本文讨论的是用于新型运载火箭的助推发动机方案,这种运载火箭采用高能高密度的烃类燃料。对这些烃类燃料进行了讨论,此外,对发动机设计人员在采用这些燃料时所关心的一些问题也一起进行了讨论。对使用这些燃料的各种发动机方案的特性和它们的物理性能一起进行了比较。初步结论表明,把液氢引入液氧/烃助推发动机能带来许多好处。     

推进系统

S-ⅣB 级的主推进系统由一台 J-2火箭发动机、燃料系统、氧化剂系统、贮箱增压系统、发动机冷却系统、以及推进剂利用系统组成。J-2发动机燃烧液氧和液氢,它在飞行的第二助推阶段提供推力,以便把 S-ⅣB 级和有效载荷送入轨道。该发动机除提供主推力外,还在动力飞行期间为校准飞行路线的偏差提供调节力。飞行路线的修正是由仪器仓制导和控制系     

液体火箭用氢/氧泵诱导轮的抽吸性能

为了减小贮箱压力,要求火箭发动机的涡轮泵能够在低贮箱压力下工作。为此,涡轮泵通常在主叶轮前带有一个诱导轮。因此正确地预测诱导轮汽蚀性能很重要。迄今对在超低温推进剂,诸如液氢、液氧等中工作的诱导轮净正抽吸压头(NPSH)的预测做了不少研究,然而对不同超低温推进剂和不同尺寸诱导轮之间NPSH的预测方面的研究却很少。本文主要涉及这个问题。二个不同的诱导轮,一个用于液氢,另一个用于液氧,用液氮作工质进行试验,第三个诱导轮在不同的转速、流量系数和温度用液氢作工质进行试验。这三个诱导轮的NPSH都是在不同的流量系数下测定的。本文对液氢和液氮的汽蚀热力效应进行了比较,在液氢试验中所得的NPSH测量值和通过液氮试验所得数据所预测的值相当一致。     

信息动态

小推力液氧/甲烷发动机以及变推力发动机一直是火箭发动机领域研究的热点内容.从推进剂物性和发动机主要部件,包括点火器、燃烧室和推进剂供应系统等方面介绍了液氧/甲烷小推力发动机的研究历史和现状,并对针栓式变推力发动机技术进行了阐述,最后提出了针栓式变推力液氧/甲烷发动机的关键技术和应用前景.     

西欧正在研制ISTRA推进的弹道式空间运输系统

由于向空间发射有效载荷的需求日益增加,最近西欧就重复使用的空间运输系统作为“阿里安娜”运载火箭的后继型号问题重新进行了讨论。本文所介绍的空间运输系统方案是斯图加特大学理论研究的成果,是由一种1(1/2)级以氢作推进剂的冲压发动机和火箭组合发动机(液氢和液氧为推进剂)推进的,可重复使用、垂直起落的弹道式空间运输系统。文中将本方案的结果与欧洲近期设计的其它方案作了比较,得出的基本参数为:起飞质量为155Mg时发射到低轨道的有效载荷为15.4Mg,有效载荷与起飞重量比约为10％,比二级运载火箭方案节省56％的推进剂和44％的干质量(结构加发动机)。     

液氧涡轮泵轴密封的密封性能和耐久性

10吨级液氧液氢火箭发动机LE-5正由日本宇宙开发事业团负责研制。用于LE-5的涡轮泵的研究和生产以日本航空宇宙技术研究所为主、宇宙开发事业团协助进行。液氧涡轮旋转轴密封的研制与液氧涡轮泵的研制密切相关,本报告介绍了液氧涡轮泵的旋转轴密封的密封性能和耐久性。液氧涡轮泵的轴密封是由一个液氧密封(端面接触金属膜盒机械密封),一个驱动涡轮的热燃气密封(扇形流体动力周向密封)和氦气吹除密封(双道扇形流体动力周向密封)。其工作参数如下;机械密封的转速为16500转/分,密封液体的压力和温度为15大气压和90K,驱动涡轮的热燃气密封的燃气压力和温度为3大气压和700K,氦气吹除密封的压力和温度相应为3大气压和常温。液氧涡轮泵的轴密封系统在液氧涡轮泵和液氧液氢涡轮泵系统的试验表现良好。试验长达2000秒后的磨损量在允许范围内。密封的耐久性试验在密封试验台进行,其中热燃气密封的结构改变为双道。耐久性试验的工况除了起动和停车外与液氧涡轮泵试验相同。经过长达7000秒的试验,密封性能令人满意。机械端面密封的石墨密封环的磨损量小于10微米,扇形周向密封浮动环的磨损量小于15微米。根据这些试验结果可以确信旋转轴密封的密封性能,耐久性和可靠性完全满足液氧涡轮泵的使用要求。     

Transtar泵注式可存贮推进剂火箭发动机的研制状况

通过航空喷气技术系统公司和其它部门的比较研究表明,作为上面级应用,泵注式液体可存贮推进剂推力系统比其他系统有有效载荷运载能力大的优点,除此之外,还具有可靠性高和经济非常合算等。无论这种推进系统是一个自激级或是使用整体级推进方案,其核心问题是需要空间发动机提供推进动力去达到预定的轨道。航空喷气技术系统公司已经设计出了这种发动机,并命名为Transtar,且现在已处在研制的最后阶段,发动机部件的工艺技术是从航空喷气公司为NASA生产的轨道机动系统(OMS)发动机衍生而来的,到目前为止,这种轨道机动系统发动机已经在所有的航天飞机上进行了成功的飞行;并且也来自于空军火箭推进实验室研制的工艺技术程序。涡轮泵和双组元推进剂燃气发生器,即Transtar发动机的动力装置,自1980年以来由航空喷气公司根据其独立研制计划进行研制。发动机的部件研制已大部分完成,发动机系统的推力试验正在进行,估计鉴定试验能在1990年初完成。本报告评述了Transtar发动机的设计,发动机的性能和工作特性,以及发动机的研制状况。     

液氧涡轮泵的试制研究

一.绪言日本为了发射大型人造卫星,正以宇宙开发事业团为中心实行推力10吨级氢氧发动机开发计划。航空宇宙技术研究所和宇宙开发事业团共同研制液氧/液氢涡轮泵。这种涡轮泵采用独立的双轴燃气串联涡轮结构。现在以航空宇宙技术研究所为主正在研制液氧涡轮泵。以宇