火箭-吸气发动机组合推进装置在弹道式空间运输系统上的应用

本文对总质量为155Mg的1(1/2)级弹道式可回收垂直起飞空间运输系统因使用吸气式动力装置而可能增加的有效载荷进行了估算。该系统包括:作为1/2级加给130Mg结构的、可回收的涡轮-火箭-冲压组合发动机环和早期工业研究中所考虑的垂直起飞、垂直着陆的单级纯火箭运载器。高压、高循环火箭发动机有时与吸气式发动机并联使用,两种发动机均采用氢氧燃料。由于起飞质量一定和采用吸气式发动机,火箭的推力和燃烧时间,循环转换和级分离点以及100m高度上的入射角便成了主要变量。采用的是现代科学技术。弹道除加速度限制外,不受任何条件约束,所以可以采用最佳推进系统。文中给出了推进系统性能图、上升弹道和重量分配。占总质量7.8％的相对有效载荷是按吸气式发动机运载器确定的,该百分比与一次使用的二级火箭运载器相比显然是很高了。     

优先考虑的运载器方案比较与评估

本文根据性能、寿命周期成本、技术要求和风险对优先考虑的几种小型载荷运载器候选方案作了比较。这些候选方案包括单级和两级运载器。后者第一级还考虑了采用火箭发动机和吸气式发动机这两种情况。研究结果表明,就给定的有效载荷重量而言,各种候选方案在起飞重量方面的差异不大。但在结构干重方面的差异却很大,最大可相差2倍。在寿命周期成本方面的差异较小,但在研究、设计、试验和评定成本方面的差异可达40%。然而,一般来说,研究、设计、试验和评定成本为最高的运载器,其返场修整费用较小。作者所考虑的各种候选方案都可以认为是高风险的研制计划。它们不受可以实现的期限(近期、中期或远期)的影响。本文还介绍了各种候选方案都需要的某些共同技术。这些技术包括结构、热防护系统、故障自动识别、维修和检测系统以及自主飞行操作所需要的飞行器电子设备。     

应急轨道飞行器动力装置的方案选择

适应未来多种任务需要的飞行器,必定是在指挥决策下达后几分钟之内就进入轨道。这样的应急轨道飞行器,在动力要求上可能与为常规运输设计的飞行器有些不同,但是,应急轨道飞行器的研究,还应当在过去动力评价研究基础上去进行。本文研究的吸气式推进系统,包括复合、吸气涡轮火箭和超音速燃烧冲压发动机在内的吸气式发动机,其中的火箭又包括双燃料和只用碳氢化合物的火箭。从评价结果中得出的一种意见认为,用超音速多级组合的水平起飞吸气式喷气发动机系统,比火箭发动机系统的发展费用高。主要原因是吸气式喷气发动机的研制费用太高;另一种意见认为,只用碳氢化合物的火箭发动机垂直起飞系统可能是行得通的,不再采用液氢燃料,可能是值得应急轨道飞行器采用的。     

高函道比涡轮风扇发动机在二级空间运载系统上的应用

为了满足空间运载系统加速度的要求,选择火箭推进是合算的。然而,运行实用要求提出使用吸气式推进系统。考虑到研制和运行的成本,进一步提出,第一级(或称运载器)采用高函道比的涡轮风扇发动机和高展弦比机翼的亚音速配置:轨道器采用火箭推进系统。最后,鉴于研制成本需分期偿还,于是又提出小的有效载荷和频繁飞行,以使每千克有效载荷的总成本降到最低限度。虽然小的系统不如大的系统有效,但性能分析表明,由Transpace公司现在设计的商用二级空间运载器,有足够的有效载荷。此外,对高吨位环境条件下未来有效载荷潜在的特性分析后得出结论认为,小的有效载荷(即5～10吨)是令人满意的。而先进技术预示大的有效载荷能降低每千克有效载荷的成本。     

用于可重复使用运载器的带空气液化和浓集系统的推进装置

给出了一种低速飞行时使用空气－涡轮－火箭发动机、高速飞行时使用火箭发动机加速、且二者都以液氢为燃料的完全可重复使用、水平起降、从地球发射入轨的运载器方案。用液体空气循环为涡轮－火箭发动机提供氧化剂。当涡轮－火箭发动机以Ｍａ＝２～５或６在大气中飞行时，可收集、分离和贮存纯液氧，为后继火箭发动机提供９０％的氧化剂。这样可使起飞重量和所需推力大大减小。在收集空气末段降低轨道高度，可减小翼面积，从而增大载荷。用现代材料（如石墨聚合物）直接取代铝或铝锂合金是达到单级入轨运载器结构重量目标的关键因素。采用“驾波器”气动力构型，也是一项很有希望减轻运载器重量的措施。     

航空航天发动机及运载器的技术现状及发展概况

推进技术是发展航天事业的基础。航空航天运载器的运载方式及其能力,取决于他们所依赖的推进技术。文中简要介绍了航空航天用的各种发动机,包括现代大型液体火箭发动机、吸气式发动机、及吸气+火箭组合发动机,不同运载方式的运载器,包括单级入轨SSTO及双级入轨TSTO运载器,并对他们进行简略评述及技术排队。     

俄罗斯在研制有翼火箭

俄罗斯正在研制一种大型不载人运载火箭,以便投放国际市场。这种火箭将采用有翼可返回助推器,助推器的动力系统为原苏联未获成功的N-1月球火箭计划的发动机。这种RS-9“标准”火箭的起飞重量为2376.8t,可把约76t重的载荷送入200km离的轨道。该火箭的重量与美国航天飞机的大体相当,但其运载能力比航天飞机高一倍以上。与航天飞机所不同的是,该“标准”火箭在第一级有几台发动机出现故障的情况下仍能把有效载荷送入轨道。     

STAR-RAKER一种以吸气式发动机/火箭发动机为动力的水平起飞三角翼单级入轨运输系统

Star-Raker是一种多用途空间运输系统,这种系统不需要昂贵的发射设备、运载器总装大楼和一次性使用的助推火箭。它是一种能够从任何具有制冷设备的大型机场起飞,携带100t载荷进入556km轨道,使用多循环吸气推进系统,轻重量的运载系统。它有助于满足对未来地球空间运输系统使用机动性的要求,并起到关键作用。     

多次使用运载器选择方案的比较评价

本文根据性能、费用、技术状态和风险性等方面的要求,对几种多次使用的地球-轨道运载器选择方案进行了比较。所考虑的几种方案包括单级和二级运载器,并且在二级运载器的第一级中采用火箭或吸气式推进系统。技术不足用技术不足费用因数表示,它直接用于估算运载器的寿命周期费用。     

俄罗斯开发使用3种燃料成分的火箭发动机

9月28日，俄罗斯动力机械科学生产联合体总裁卡托尔金向媒体介绍说，该联合体正在开发使用3种燃料成分的新型火箭发动机。新火箭发动机高5m，直径为2．3m，除了使用传统火箭发动机所使用的煤油和氧外，还将使用氢燃料。新发动机推力的比冲有很大提高，可以用于运载火箭的第1级和第2级，以提高火箭的运载能力，降低向太空或轨道发送有效载荷的发射成本。这种新火箭发动机具有很好的发展前景，将来能够被广泛应用于运载火箭。     

吸气式火箭发动机的研究(1)——亚音速状态圆筒形二次燃烧室的压力分布与燃烧性能

1.前言目前探索宇宙所用的推进发动机,几乎完全是火箭发动机。经过多年的研究试制,虽然其性能在不断提高,但是要想大幅度提高其性能是不可能的。另外,火箭发动机工作所需要的氧化剂必须全部自带,因此发射时的大部分重量是推进剂,而且其中的70％是氧化剂。所以,为了取代火箭发动机,目前正在研究利用大气层中空气的吸气式发动机或者用它与火箭发动机相组合的发动机。这种发动机的有效载荷与纯火箭系统相比,共性能可以得到很大的     

印度超燃冲压发动机技术取得突破

近日,印度空间研究组织(ISRO)成功地对本土设计研制的超燃冲压发动机(Scramjet)进行了7 s的地面点火试验,模拟了马赫数为6的飞行状况。这表明,印度在航天推进技术的发展上取得了重大突破。据报道,今后使用超燃冲压发动机的新型航天运载器,能够将卫星发射成本降低90%。目前,各国运载火箭使用的火箭发动机均使用自身携带的氧化剂,而超燃冲压发动机是从大气中获取氧,从而使得运载器更加轻便且速度更快。研发人员的目标是,使用超燃冲压发动机的运载器飞行速度应比现有的常规飞行器的飞行速度大大提高。实际上印度现有的航天运输系统非常昂贵,…     

亚燃/超燃双模冲压发动机的原理及其应用探讨

介绍了亚燃/超燃双模冲压发动机的原理及其在空间运载器上的应用,重点讨论了高速吸气式推进系统在军事上的应用,尤其是在导弹、无人机上的潜在应用,并对亚燃/超燃双模冲压发动机的应用前景进行了预测。     

火箭发动机的工况监测系统

要实现确保进入空间的目标,重点是降低有效载荷发射成本,提高可靠性。先进运载系统将降低地面操作费用,提高任务可靠性,并且要根据需要做飞行后的检测和维修,而不做例行或定期检测。为此,必须提高技术水平。美国空军宇航实验室已开始执行火箭发动机工况监测系统(RECMS)计划,旨在确定并验证(通过试验)在先进运载系统的研制期间可以应用的关键系统技术。RECMS计划把发动机监测作为和发动机控制器、火箭监测系统及地面处理系统完全一体化的系统,以便在提高发动机可靠性的同时,还保证飞行任务的成功。系统部件通过工况和性能敏感器进行监测,用诊断和预报算法进行分析,通过使用其他先进研制计划验证过的硬件的系统试验进行验证。本文提出了验证火箭发动机工况监测系统关键技术(敏感器、工况/安全监测算法、地面检测设备和专家维修系统数据库)的途径、技术和计划。     

空对地导弹用的低成本的火箭冲压发动机

本文叙述一种适合空对地导弹用的低成本的火箭冲压发动机。这个低成本方法是根据这样的原则:把火箭和冲压发动机并联地组装在一起,消除了整体式火箭冲压发动机遇到的火箭向冲压工作态转换的复杂性。还叙述了一种利用轴对称进气道的低成本的吸气系统,和一种以开路式燃料调节器和燃气发生器排出系统为基础的燃料控制系统。讨论了这个低成本方法的优缺点。介绍了发展计划中的某些最重要的技术部分。其中包括论证一种取代自由射流试验的低成本方法,和论证燃烧诱导的压力振荡对确定真实超临界进气道工作余量的作用。列出了数据,说明振荡效应是很值得注意的。     

固体火箭冲压发动机内硼燃烧的改进

在火箭冲压发动机的吸气燃烧室内,硼粒子燃烧所产生的试验性研究问题现试图通过改进喷射装置和燃烧室设计加以解决。在这项研究过程中,硼粒子是由装填有含硼量较高的固体燃料的单独燃气发生器进行喷射。最高的燃烧效率是靠采用撞击式喷流喷射装置上加可移动的空气进口而获得,这种空气进口证明了在火箭冲压发动机内使用高硼量固体燃料的可能性。     

在侧向进气管道式冲压火箭发动机中安装锥形旋流器的影响

在侧向进气管道式冲压火箭发动机中安装锥形旋流器的影响１引言冲压火箭发动机为一个双模态推进系统，由一个固体火箭发动机和一个吸气式冲压喷气发动机组成。［１］。燃烧室起初装有固体推进剂，用于助推飞行阶段。助推阶段结束后，空的燃烧室被用作冲压喷气模式燃烧室，...     

冲压发动机推进系统

本发明介绍一种使用液体燃料和固体推进剂的冲压发动机。使用液体燃料的火箭发动机要由其本身供应氧化剂,以便液体燃料能够燃烧。这就使系统的重量大大增加,从而降低了有效载荷能力。当人们发现氧在空气中以自然态存在时,并没有在这些系统中得到应用,因为要使液体燃料燃烧,还没找到使空气充分压缩的方法。     

高速战术导弹的吸气式推进装置

超音速战术导弹常采用简单的固体火箭发动机作为动力装置,偶尔也用液体火箭发动机。但是,现代战争越来越强调发射器(飞机或地面发射基地)的生存能力,这种能力靠导弹的远程高速和隐形而得到加强。可以用其中的一种或它们的组合来实现。在此,首先考虑高速与远程的结合。几种满足上述要求的推进系统有脉冲式火箭发动机、冲压发动机(液体及固体燃料)、涡喷发动机、涡喷火箭组合发动机或涡喷冲医组合发动机。本文只描述几种吸气式推进系统,并讨论其优缺点,而不论及脉冲火箭。     

通过对冲压混合比的最优控制提高吸气式空间运输系统的运输能力

冲压发动机的空气/氢混合比可影响执行典型任务的系统运输能力,为此,对装有火箭/冲压组合发动机的一级可重复使用的空间运输系统进行了研究。改善飞行特性的主要先决条件是要有足够的升力和大于火箭发动机的可用动压负载。根据飞行条件和冲压发动机的有效载荷,与化学当量反应条件相比,对混合比实现优化控制,可提高6～18％的净载荷。