第四章液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

第一節(jié)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、分類(lèi)與應(yīng)用

第二節(jié)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展

第三節(jié)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程第四節(jié)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成

第五節(jié)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

第六節(jié)液體火箭推進(jìn)劑

第七節(jié)小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

第八節(jié)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)典型實(shí)例

第一節(jié)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的

特點(diǎn)、分類(lèi)與應(yīng)用一、

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)1

比沖高和推質(zhì)比高2

主要性能參數(shù)可控性和可調(diào)性強(qiáng)3工作時(shí)間長(zhǎng)4

推力隨飛行高度增加而增大二、

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的分類(lèi)

三、

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用

1

運(yùn)載火箭

2

航天飛機(jī)

3

航天器

4

戰(zhàn)略導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈

返回第二節(jié)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展

一、

發(fā)展簡(jiǎn)史

二、

發(fā)展趨勢(shì)1

進(jìn)一步提高液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能2

加強(qiáng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和各組件工作過(guò)程的理論研究：①

欲提高推力室及渦輪泵的效率，需加強(qiáng)對(duì)推力室工作過(guò)程及渦輪、泵內(nèi)三維流的理論研究。②

為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性，需加強(qiáng)對(duì)燃燒室燃燒不穩(wěn)性課題的研究，加強(qiáng)提高推進(jìn)系統(tǒng)整體可靠性的研究，特別是在更長(zhǎng)的壽命期內(nèi)的可靠性研究。3

研制新型組合發(fā)動(dòng)機(jī)返回第三節(jié)

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程

一、

推力室工作過(guò)程1

燃燒室穩(wěn)態(tài)燃燒過(guò)程

2

推力室內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換

3

推力室燃燒準(zhǔn)備過(guò)程

4

著火與燃燒

5

推力室氣體流動(dòng)過(guò)程

二、

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程1啟動(dòng)過(guò)程2關(guān)機(jī)

返回1

燃燒室穩(wěn)態(tài)燃燒過(guò)程(1)霧化混合在霧化混合區(qū)內(nèi)，推進(jìn)劑霧化、蒸發(fā)，并使燃料和氧化劑的霧化及蒸發(fā)形成的蒸氣宏觀混合(2)混合氣回流區(qū)在此區(qū)內(nèi)，有推進(jìn)劑蒸發(fā)后形成的未燃?xì)怏w，還有已燃?xì)怏w。

(3)燃燒區(qū)實(shí)驗(yàn)研究表明，燃燒室在穩(wěn)態(tài)燃燒時(shí)，燃燒區(qū)及其火焰前鋒在燃燒室中的位置基本不變，而且存在兩種不同狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)燃燒，即“緩慢”燃燒和“爆震”燃燒(或稱(chēng)爆燃)。(4)燃燒產(chǎn)物區(qū)在這一區(qū)域，燃燒已基本結(jié)束，只是在很小尺度范圍內(nèi)進(jìn)行紊流混合和補(bǔ)充燃燒。返回2

推力室內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換分析推力室的能量轉(zhuǎn)換可以將推力室分為四個(gè)特征截面來(lái)分析：截面i——噴注面：

視推進(jìn)劑為原始狀態(tài)。截面c——燃燒室終端面：認(rèn)為推進(jìn)劑的化學(xué)能已轉(zhuǎn)化為平衡狀態(tài)下的熱能。截面t——噴管臨界面：

此截面處具有燃?xì)饬鲃?dòng)的特征參數(shù)Ma=1，在此截面前Ma＜1，在此截面后Ma＞1。

截面e——噴管出口截面：

此截面處燃?xì)饬魉龠_(dá)到最大值。返回3

推力室燃燒準(zhǔn)備過(guò)程

(1)霧化過(guò)程

①

霧化作用：

燃燒室內(nèi)的燃燒過(guò)程在很大程度上受液滴蒸發(fā)質(zhì)量的影響。

②

霧化機(jī)理：

霧化是由噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)的。③

影響霧化質(zhì)量的因素：

影響霧化質(zhì)量的因素較多，歸納有以下幾點(diǎn)：

a

噴嘴形式及噴口尺寸。

b

噴嘴壓降。

c

推進(jìn)劑性質(zhì)。

d

燃燒室壓力和溫度。

(2)蒸發(fā)過(guò)程

液滴蒸發(fā)過(guò)程需要熱量。對(duì)于一般非自燃推進(jìn)劑，其熱源當(dāng)然是點(diǎn)火源；而自燃推進(jìn)劑，那就依靠自燃推進(jìn)劑的燃料與氧化劑混合接觸時(shí)的液相反應(yīng)放出的熱量作熱源。

(3)混合過(guò)程

推進(jìn)劑的燃料與氧化劑混合應(yīng)按設(shè)計(jì)要求規(guī)定的混合比，才能保證完全燃燒。

返回4

著火與燃燒

(1)著火由于可燃混合物(氣或液)自身溫度提高，致使化學(xué)反應(yīng)速度急劇增長(zhǎng)而引起著火稱(chēng)之自燃。在燃燒理論中，自燃分為熱自燃和鏈自燃?？扇蓟旌衔锏狞c(diǎn)燃是指借助外加的熱源來(lái)點(diǎn)燃，在著火理論上稱(chēng)強(qiáng)迫著火理論。(2)燃燒

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)不需火焰穩(wěn)定器。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室內(nèi)從推進(jìn)劑的混氣形成、點(diǎn)火到穩(wěn)定燃燒，是由頭部區(qū)和燃燒區(qū)內(nèi)介質(zhì)的流動(dòng)速度較低及燃?xì)饣亓鱾鳠醽?lái)保證實(shí)現(xiàn)。返回5

推力室氣體流動(dòng)過(guò)程

(1)等熵氣體流動(dòng)①質(zhì)量守恒方程ρvA=qm

②能量守恒方程v2/2+h=h0

③等熵方程p/ρk=c(常量)

④

狀態(tài)方程p/ρ=RT/M

基本關(guān)系式：下一頁(yè)返回(2)氣動(dòng)函數(shù)

溫度比壓比密度比音素比上一頁(yè)下一頁(yè)返回面積比速度系數(shù)動(dòng)壓函數(shù)流量函數(shù)上一頁(yè)下一頁(yè)返回(3)主要參數(shù)關(guān)系式上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)下一頁(yè)返回上一頁(yè)返回1

啟動(dòng)過(guò)程(1)啟動(dòng)準(zhǔn)備階段在啟動(dòng)準(zhǔn)備階段要完成以下幾項(xiàng)任務(wù)：①貯箱增壓或預(yù)先增壓；②對(duì)導(dǎo)管和泵的內(nèi)腔進(jìn)行預(yù)冷(對(duì)低溫推進(jìn)劑而言)；③對(duì)氧化劑和燃料啟動(dòng)閥門(mén)后面的導(dǎo)管、泵腔、推力室和燃?xì)獍l(fā)生器的內(nèi)腔用惰性氣體(氮或氦氣)進(jìn)行吹除。

(2)渦輪泵啟動(dòng)階段渦輪泵啟動(dòng)階段通常有以下幾項(xiàng)工作：①打開(kāi)供應(yīng)系統(tǒng)的啟動(dòng)閥門(mén)、液體推進(jìn)劑組元充填泵前的導(dǎo)管和泵腔。②火藥啟動(dòng)器點(diǎn)火或高壓氣瓶閥打開(kāi)使渦輪泵工作。③燃?xì)獍l(fā)生器開(kāi)始工作。④

打開(kāi)推力室氧化劑和燃料供應(yīng)管路上的主閥門(mén)下一頁(yè)返回(3)推力室工作階段推力室工作階段有以下幾項(xiàng)內(nèi)容：①推進(jìn)劑組元充填主閥門(mén)后面的導(dǎo)管和推力室頭部(噴注器)前的內(nèi)腔，按指令經(jīng)噴注器噴嘴兩組元進(jìn)入燃燒室霧化、混合。②點(diǎn)火：由程序控制，點(diǎn)火器工作點(diǎn)燃混氣，兩組元開(kāi)始燃燒。火焰沿推力室向后傳播，燃燒產(chǎn)物從噴管口排出。燃燒室開(kāi)始建立壓強(qiáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)依次由初始工況進(jìn)入主級(jí)工況，不過(guò)轉(zhuǎn)入主級(jí)工況所需時(shí)間很短。上一頁(yè)下一頁(yè)返回2關(guān)機(jī)

(1)關(guān)機(jī)過(guò)程的特征參數(shù)

①

后效沖量：

從發(fā)出關(guān)機(jī)指令開(kāi)始，到推力下降至零這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的推力沖量，稱(chēng)為推力后效沖量，簡(jiǎn)稱(chēng)后效沖量。

②

后效沖量偏差：

它是由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作條件不同而引起的。

③

關(guān)機(jī)減速性：

是指關(guān)機(jī)指令發(fā)出到推力室燃燒停止且燃?xì)馔耆趴盏臅r(shí)間。

④

關(guān)機(jī)水擊現(xiàn)象：

關(guān)機(jī)時(shí)，閥門(mén)的突然關(guān)閉會(huì)引起其上游管路內(nèi)液體的壓力增加，此現(xiàn)象稱(chēng)關(guān)機(jī)水擊。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回(2)關(guān)機(jī)過(guò)程的主要任務(wù)

①

關(guān)機(jī)初始階段：

它包括以下幾項(xiàng)工作：

a

轉(zhuǎn)入低工況工作——關(guān)機(jī)工況；

b

停止供應(yīng)系統(tǒng)工作，關(guān)閉燃?xì)獍l(fā)生器雙組元斷流閥門(mén)，推進(jìn)劑終止進(jìn)入燃?xì)獍l(fā)生器，渦輪泵停止工作；

c

停止貯箱增壓；

d

關(guān)閉兩組元主閥門(mén)、切斷推力室推進(jìn)劑的供應(yīng)，通常是按順序先后切斷氧化劑和燃料供應(yīng)；

e

關(guān)閉泵前泵，把渦輪泵腔內(nèi)的推進(jìn)劑吹除干凈。

②

關(guān)機(jī)結(jié)束階段：

用惰性氣體吹除斷流閥門(mén)后內(nèi)腔道，在吹除壓力作用下，將主導(dǎo)管和推力室內(nèi)腔的推進(jìn)劑擠入燃燒室，直到燃燒完，然后將燃燒產(chǎn)物從推力室中完全吹除掉。

上一頁(yè)返回第四節(jié)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成

一、

推力室

二、

渦輪泵

三、

燃?xì)獍l(fā)生器

四、

閥門(mén)與調(diào)節(jié)器

返回一、

推力室推力室是產(chǎn)生推力的核心結(jié)構(gòu)部件。它由噴注器、燃燒室和噴管組成推力室是推進(jìn)劑在其內(nèi)燃燒并完成能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生推力的場(chǎng)所。典型推力室結(jié)構(gòu)示意圖（如下）：1—頭部；2—身部；3—集液器

下一頁(yè)上一頁(yè)返回二、

渦輪泵1

渦輪泵的功能與特點(diǎn)

渦輪泵的特點(diǎn)是該輸送系統(tǒng)所需要的泵進(jìn)口壓力較低，顯然相應(yīng)的貯箱增壓要求也低，而推力室進(jìn)口處推進(jìn)劑所需的高壓由泵提供，從而可以減輕貯箱的結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

2

渦輪泵的分類(lèi)與組成

(1)推進(jìn)劑泵

推進(jìn)劑泵的作用是提高推進(jìn)劑流體的壓強(qiáng)。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑泵包括氧化劑泵和燃料泵。僅就泵的結(jié)構(gòu)本質(zhì)，其類(lèi)型有容積式、葉片式和射流式三種泵。(2)渦輪

①

渦輪的特點(diǎn)與分類(lèi)

②

渦輪的性能參數(shù)

下一頁(yè)上一頁(yè)返回三、

燃?xì)獍l(fā)生器

1

基本組成

燃?xì)獍l(fā)生器是產(chǎn)生高溫燃?xì)獾难b置。它的結(jié)構(gòu)類(lèi)似液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力室，是由噴注器、燃燒室和噴管組成。燃?xì)獍l(fā)生器有單組元和雙組元兩種類(lèi)型。

①

噴注器：

燃?xì)獍l(fā)生器的噴注器分直流式和離心式兩種。

②

燃燒室：

燃器發(fā)生器的燃燒室具有冷卻系統(tǒng)，采用再生冷卻或輻射冷卻。

③

噴管：

燃?xì)獍l(fā)生器的噴管只有收斂段，這是與發(fā)動(dòng)機(jī)推力室的噴管區(qū)別之處。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回2

工作原理

雙組元推進(jìn)劑燃?xì)獍l(fā)生器工作時(shí)，通常由泵后推進(jìn)劑主管路中引出少量氧化劑和燃料，送入燃?xì)獍l(fā)生器中混合燃燒，產(chǎn)生具有一定的溫度和壓強(qiáng)的燃?xì)膺M(jìn)入渦輪，驅(qū)動(dòng)渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)，從而接替火藥啟動(dòng)器初始啟動(dòng)渦輪的工作，使渦輪轉(zhuǎn)入正常工作階段。燃器發(fā)生器結(jié)構(gòu)：上一頁(yè)下一頁(yè)返回四、

閥門(mén)與調(diào)節(jié)器

(一)閥門(mén)

1

閥門(mén)的分類(lèi)：按用途功能分類(lèi)有啟動(dòng)閥門(mén)、主閥門(mén)、單向閥門(mén)、加注閥門(mén)、卸壓閥門(mén)以及安溢閥門(mén)、清洗閥門(mén)、調(diào)節(jié)閥門(mén)及隔離閥門(mén)等。按工作次數(shù)分類(lèi)有一次工作閥門(mén)和多次工作閥門(mén)兩類(lèi)。

按操縱能源分類(lèi)可分為氣動(dòng)閥門(mén)、液壓閥門(mén)、電動(dòng)閥門(mén)、電磁閥門(mén)及電爆閥門(mén)等。

按閥芯結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)可分為菌閥、球閥、蝶閥、閘閥、膜片閥及切刀閥等。

按閥門(mén)常處狀態(tài)分類(lèi)可分為常開(kāi)式和常閉式，在無(wú)控制力作用時(shí)，由彈簧力作用或保持關(guān)閉或保持開(kāi)啟狀態(tài)。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回2

典型閥門(mén)的工作原理與要求

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)不同功能的閥門(mén)有不同的性能要求。但是在最基本的要求上是相同的，如要求閥門(mén)嚴(yán)格按預(yù)定程序自動(dòng)工作、動(dòng)作響應(yīng)快且動(dòng)作準(zhǔn)確到位、能適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的各種苛刻的工作環(huán)境與工作條件等舉例說(shuō)明：

(1)隔離閥

(2)斷流閥

(3)電磁閥

(4)電爆閥

上一頁(yè)下一頁(yè)返回(二)調(diào)節(jié)器

根據(jù)調(diào)節(jié)參數(shù)不同，調(diào)節(jié)器分為壓力調(diào)節(jié)器和流量調(diào)節(jié)器；按工作流體不同又可分為氣體減壓器和液體調(diào)節(jié)器。1

氣體減壓器

(1)氣體減壓器的作用與分類(lèi)

①氣體減壓器的作用：概括說(shuō)起來(lái)是一減壓，二穩(wěn)壓，具體是：

a將高壓氣瓶壓力降到某一定值，以利于擠壓供應(yīng)系統(tǒng)擠壓發(fā)動(dòng)機(jī)需用的推進(jìn)劑，也就是說(shuō)減壓器出口的壓力應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)定要求，出口壓力精度高，而且動(dòng)態(tài)特性好。b如果減壓器出口壓力是用來(lái)操縱各種閥門(mén)，則要求減壓器瞬間流量大，響應(yīng)速度快。c

如果用于發(fā)動(dòng)機(jī)吹除系統(tǒng)，其出口壓力很低，要求流量大但精度不高。

②氣體減壓器的分類(lèi)：按工作原理分類(lèi)可分為直接作用式和先導(dǎo)式，而直接作用式又分為正向式和反向式；按卸荷情況分類(lèi)可分為卸荷式和非卸荷式；按加載方式分類(lèi)可分為重力式、彈簧力式和氣壓加載式；按敏感元件分類(lèi)可分為膜片式、柱塞式、波紋管式等；按精度分類(lèi)可分為一般精度、中等精度和高精度三種。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回(2)氣體減壓器的基本組成

氣體減壓器主要由敏感元件、節(jié)流組件、基準(zhǔn)載荷元件、卸荷元件、過(guò)濾元件及安全裝置等組成。(3)氣體減壓器的工作原理及典型結(jié)構(gòu)

氣體減壓器的穩(wěn)壓原理在于力的平衡作用。

典型的氣體減壓器結(jié)構(gòu)有正向膜片式減壓器、反向卸荷式減壓器、反向波紋管式減壓器、正向柱塞式減壓器等。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回2

液體調(diào)節(jié)器

(1)推力的調(diào)節(jié)

在實(shí)際工程上有幾種方法可實(shí)現(xiàn)推力的調(diào)節(jié)：①

用調(diào)節(jié)液體燃?xì)獍l(fā)生器組元流量的方法調(diào)節(jié)推力。②

用調(diào)節(jié)燃?xì)獍l(fā)生器組元混合比的方法調(diào)節(jié)推力。③

用調(diào)節(jié)推力室入口組元供應(yīng)壓力的方法調(diào)節(jié)推力。④

用調(diào)節(jié)推力室組元流量的方法調(diào)節(jié)推力。

(2)混合比的調(diào)節(jié)

混合比的調(diào)節(jié)要達(dá)到兩個(gè)目的：一是為了將推力室組元混合比保持在一定范圍內(nèi)，以利于得

到高的能量特性、可靠的冷卻及穩(wěn)定的工作狀態(tài)；二是發(fā)動(dòng)機(jī)工作結(jié)束時(shí)，能保證貯箱內(nèi)的氧化劑與燃料同時(shí)耗盡，或?qū)①A箱內(nèi)的剩余組元減到最少的程度。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回

(3)推力調(diào)節(jié)器

壓力穩(wěn)定器的工作原理是：

當(dāng)參考?jí)毫C

(燃燒室壓力)增高時(shí)，壓力穩(wěn)壓器原有的液體壓力、參考?jí)毫盎鶞?zhǔn)壓力這三者的平衡關(guān)系被破壞，于是柱塞、頂桿向右移動(dòng)，而閥芯也隨之右移，造成閥芯與閥座之間的節(jié)流縫隙減小，于是通過(guò)壓力穩(wěn)定器流出的氧化劑流量和壓力也隨之減小，此時(shí)壓力穩(wěn)定器在新的平衡位置上穩(wěn)定工作；當(dāng)燃燒室壓力pC減小時(shí)，情況與上述過(guò)程相反，同樣壓力穩(wěn)定器會(huì)在新的平衡位置上穩(wěn)定工作。

(4)混合比調(diào)節(jié)器一種直接作用式混合比調(diào)節(jié)器,還有一種先導(dǎo)式混合比調(diào)節(jié)器，它由主閥和導(dǎo)閥兩部分組成。(5)變推力調(diào)節(jié)器

①

推進(jìn)劑利用調(diào)節(jié)閥。

②

可調(diào)氣蝕管。

上一頁(yè)返回第五節(jié)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

一、

推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)

二、

吹除與預(yù)冷系統(tǒng)

三、

推進(jìn)劑貯箱增壓系統(tǒng)

四、

推進(jìn)劑利用系統(tǒng)

五、

控制力及控制力矩系統(tǒng)

六、

導(dǎo)管與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架

下一頁(yè)返回一、

推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)1

擠壓式供應(yīng)系統(tǒng)

擠壓式是利用高壓氣體(或液體)對(duì)推進(jìn)劑貯箱進(jìn)行擠壓，使推進(jìn)劑組元進(jìn)入推力室。它又可

分為冷氣擠壓和熱氣擠壓等類(lèi)型.2

泵壓式供應(yīng)系統(tǒng)

泵壓式供應(yīng)系統(tǒng)是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用的供應(yīng)系統(tǒng)，從貯箱出來(lái)的推進(jìn)劑經(jīng)過(guò)泵增壓后輸送到推力室。(1)燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)系統(tǒng)(2)抽氣循環(huán)系統(tǒng)

(3)膨脹后燃燒循環(huán)系統(tǒng)

(4)分級(jí)燃燒循環(huán)系統(tǒng)(又稱(chēng)補(bǔ)燃式循環(huán)系統(tǒng))

上一頁(yè)下一頁(yè)返回二、

吹除與預(yù)冷系統(tǒng)1

吹除系統(tǒng)

由于液氧/液氫推進(jìn)劑都是低溫推進(jìn)劑，尤其是液氫，其沸點(diǎn)僅為20K左右。在加注前，如果貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)管路和腔道內(nèi)有空氣存在，液氫就可能與空氣中的氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，很可能引起爆炸；另外由于低溫的氫很可能使空氣中的氧與水蒸氣凍結(jié)，水蒸氣結(jié)冰后導(dǎo)致閥門(mén)及其他組件動(dòng)作失靈及孔道堵塞等事故。

2

預(yù)冷系統(tǒng)

預(yù)冷的目的是將推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)管路、腔道等組件的溫度降到液氫、液氧的溫度，以防止低溫推進(jìn)劑流入發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)系統(tǒng)管路和腔道時(shí)受熱而發(fā)生汽化，避免推進(jìn)劑氣相和液相兩相流入泵和推力室內(nèi)，發(fā)生泵失速、推進(jìn)劑流量和壓力波動(dòng)、啟動(dòng)延緩及推力室富氧而燒蝕等不良后果。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回預(yù)冷方式分為自燃對(duì)流式和循環(huán)回流式

:(1)自燃對(duì)流式預(yù)冷

這種預(yù)冷是將低溫推進(jìn)劑以一定的流量從推進(jìn)劑貯箱流經(jīng)供應(yīng)系統(tǒng)管路和泵腔等，直到主、副系統(tǒng)的主、副閥前，通過(guò)泄出口排出，使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)得到預(yù)冷。

(2)循環(huán)回流式預(yù)冷

這種預(yù)冷是在液氧/液氫發(fā)動(dòng)機(jī)的入口與推進(jìn)劑貯箱之間增設(shè)回流泵，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，用回流泵將貯箱內(nèi)的推進(jìn)劑按一定流量輸出，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)管路和渦輪泵等進(jìn)行預(yù)冷，然后又流回貯箱.

上一頁(yè)下一頁(yè)返回三、

推進(jìn)劑貯箱增壓系統(tǒng)

1

氣瓶增壓系統(tǒng)其系統(tǒng)組成與工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下：

氣瓶貯氣增壓系統(tǒng)基本組成是氣瓶、減壓器、電磁閥或電爆閥、單向閥和加溫器等。氣瓶貯氣增壓系統(tǒng)是利用貯存在高壓氣瓶中的冷態(tài)高壓氣體為貯箱中的推進(jìn)劑增壓的一種增壓系統(tǒng)。2

推進(jìn)劑汽化增壓系統(tǒng)推進(jìn)劑汽化增壓是利用火箭自身攜帶的液體推進(jìn)劑，經(jīng)換熱器汽化后變?yōu)檎魵?，用?lái)增壓推

進(jìn)劑貯箱。如以氧化劑貯箱增壓系統(tǒng)為例，它是用氧化劑汽化來(lái)增壓，也稱(chēng)氧化劑貯箱增壓系統(tǒng)。它由氣蝕管、單向閥門(mén)、蒸發(fā)器、集合器、膜片閥及導(dǎo)管組成。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回3

燃?xì)饨禍卦鰤合到y(tǒng)燃?xì)饨禍卦鰤菏抢猛七M(jìn)劑化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物增壓相應(yīng)的推進(jìn)劑貯箱的一種方法。燃?xì)饨禍卦鰤合到y(tǒng)所用的燃?xì)?，一般?lái)自為驅(qū)動(dòng)渦輪提供工質(zhì)的燃?xì)獍l(fā)生器。

該系統(tǒng)由音速?lài)娮臁⑷細(xì)饨禍仄?、單向閥門(mén)、集合器、膜片閥及導(dǎo)管等組成。其工作原理是從燃?xì)獍l(fā)生器出口引出的一小股富燃燃?xì)?，在燃?xì)饨禍仄髦斜蝗剂侠鋮s后再引出，進(jìn)入增壓燃料貯箱。上一頁(yè)下一頁(yè)返回四、

推進(jìn)劑利用系統(tǒng)

1

組成與特點(diǎn)推進(jìn)劑利用系統(tǒng)一般由液位傳感器、變換器、控制機(jī)、功率放大器、推進(jìn)劑調(diào)節(jié)閥門(mén)、電池

、供配電電纜等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)。以我國(guó)的運(yùn)載火箭為例，推進(jìn)劑利用系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

①一般在運(yùn)載火箭的第二子級(jí)或第三子級(jí)上采用推進(jìn)劑利用系統(tǒng)，且自成獨(dú)立的系統(tǒng)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回②采用泵后分流方式來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)主系統(tǒng)的一種推進(jìn)劑組元的流量，此種方式只能起到調(diào)節(jié)推進(jìn)劑的混合比的效果，并不能調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的總流量，因此會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)推力偏差。③該利用系統(tǒng)采用數(shù)字化控制方式，并具有一定的故障檢測(cè)和處理能力。④

推進(jìn)劑流量調(diào)節(jié)采用的方式有比例調(diào)節(jié)和常量開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)兩種。采用比例調(diào)節(jié)方式時(shí)，推進(jìn)劑流量是連續(xù)變化的；而采用常量開(kāi)關(guān)式調(diào)節(jié)時(shí)，推進(jìn)劑流量呈階躍式變化。

2

系統(tǒng)工作原理

總的來(lái)說(shuō)，推進(jìn)劑利用系統(tǒng)通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)主系統(tǒng)中某一組元的秒流量的測(cè)量與反饋，自動(dòng)改變運(yùn)載火箭飛行過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑消耗混合比，來(lái)減少或消除發(fā)動(dòng)機(jī)混合比和推進(jìn)劑加注混合比之差，以提高運(yùn)載火箭的運(yùn)載能力。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回五、

控制力及控制力矩系統(tǒng)

1

推力調(diào)節(jié)

改變發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小的方法是調(diào)節(jié)推進(jìn)劑流量。

以下措施可實(shí)現(xiàn)推力調(diào)節(jié)：

①對(duì)擠壓系統(tǒng)，改變貯箱增壓壓力或者在供應(yīng)管路上安裝節(jié)流裝置；②對(duì)泵壓系統(tǒng)，用節(jié)流裝置改變?nèi)細(xì)獍l(fā)生器流量或者用旁通閥直接改變渦輪流量，從而改變渦輪泵的轉(zhuǎn)速和泵的供應(yīng)壓力，也可在推力室的供應(yīng)管路上安裝節(jié)流裝置，直接改變推力室的流量；③對(duì)變推力系統(tǒng)，由于推力變化范圍寬，為防止低推力工況噴注器壓降過(guò)小引起燃燒不穩(wěn)定和燃燒效率急劇降低，除改變推力室的供應(yīng)壓力外，還需改變噴注器的流通面積，以適應(yīng)推力工況的變化。上一頁(yè)下一頁(yè)返回典型的推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)有:(1)調(diào)節(jié)渦輪流量的推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

(2)調(diào)節(jié)推力室供應(yīng)系統(tǒng)壓降的推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

(3)擠壓式雙調(diào)變推力調(diào)節(jié)系統(tǒng)

2

推力矢量的調(diào)節(jié)

運(yùn)載火箭在飛行過(guò)程中，按照預(yù)定軌道飛行，時(shí)刻都要調(diào)節(jié)和修正運(yùn)載火箭的飛行姿態(tài)。其機(jī)動(dòng)飛行有俯仰、偏航及滾轉(zhuǎn)。要完成這些動(dòng)作，作為運(yùn)載火箭，應(yīng)有控制力和控制力矩系統(tǒng)。但作為液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，涉及到推力矢量控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回六、

導(dǎo)管與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架

1

導(dǎo)管

導(dǎo)管是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)各部件、組件之間的功能性連接件，而且當(dāng)由于配置條件或其他原因使得各部、組件無(wú)法直接相互連接時(shí)，均采用導(dǎo)管連接。

導(dǎo)管按使用功能可分為推進(jìn)劑供應(yīng)導(dǎo)管、燃?xì)鈱?dǎo)管、氣動(dòng)系統(tǒng)導(dǎo)管和排泄導(dǎo)管。

導(dǎo)管按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為剛性導(dǎo)管和柔性導(dǎo)管。

2

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架是連接發(fā)動(dòng)機(jī)與箭(彈)體的構(gòu)件，起著傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)推力的作用。

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架的功能有：傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)推力；安裝或固定箭(彈)體的某些組件，如伺服機(jī)構(gòu)、氣瓶、電纜轉(zhuǎn)接組件等，也是發(fā)動(dòng)機(jī)支撐和吊裝運(yùn)輸?shù)闹吸c(diǎn)；作為發(fā)動(dòng)機(jī)總體布局和裝配的基礎(chǔ)。發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)形式可分為桿式結(jié)構(gòu)、梁式結(jié)構(gòu)和殼式結(jié)構(gòu)三種。

上一頁(yè)返回第六節(jié)液體火箭推進(jìn)劑

一、

液體推進(jìn)劑的作用與要求

二、

液體推進(jìn)劑的分類(lèi)

三、

液體推進(jìn)劑的組元種類(lèi)

四、

液體推進(jìn)劑的發(fā)展簡(jiǎn)介

下一頁(yè)返回一、

液體推進(jìn)劑的作用與要求1液體推進(jìn)劑在液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)中的作用液體推進(jìn)劑在運(yùn)載火箭(導(dǎo)彈)研制和使用中的作用，是通過(guò)推進(jìn)劑的能量特性和使用性能來(lái)體現(xiàn)的。推進(jìn)劑的能量特性是其重要的性能之一，常用質(zhì)量比沖和密度比沖表示。液體推進(jìn)劑性能的改進(jìn)，往往可使運(yùn)載火箭(導(dǎo)彈)性能提高，或改善使用性能。2

對(duì)液體推進(jìn)劑的要求根據(jù)應(yīng)用情況不同，對(duì)推進(jìn)劑的要求有如下幾點(diǎn)：

(1)能量特性:

要求液體推進(jìn)劑具有高的能量特性，即有高的比沖和高的密度。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回(2)使用性能在工程上常有以下幾點(diǎn)應(yīng)用性能考慮：①

輸送性能

②

點(diǎn)火燃燒性能

③

冷卻性能

④

良好的安全使用性能

(3)經(jīng)濟(jì)性能經(jīng)濟(jì)性能指液體推進(jìn)劑的原材料來(lái)源、生產(chǎn)工藝性、生產(chǎn)成本低廉等

。這幾方面對(duì)大型運(yùn)載火箭和重復(fù)使用的航天飛機(jī)尤為重要，對(duì)于大批量生產(chǎn)和使用量大的推進(jìn)劑，價(jià)格低是其重要的經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回二、

液體推進(jìn)劑的分類(lèi)

按用途分類(lèi)可分為主推進(jìn)劑、啟動(dòng)推進(jìn)劑和輔助推進(jìn)劑

按推進(jìn)劑組元分類(lèi)可分為單組元、雙組元和多組元推進(jìn)劑

按組元直接接觸時(shí)的化學(xué)反應(yīng)能力分類(lèi)可分為自燃推進(jìn)劑和非自燃推進(jìn)劑

按推進(jìn)劑組元保持液態(tài)的溫度范圍分類(lèi)可分為高沸點(diǎn)推進(jìn)劑和低沸點(diǎn)推進(jìn)劑

按長(zhǎng)期條件下推進(jìn)劑物理、化學(xué)穩(wěn)定性分類(lèi)可分為長(zhǎng)期貯存推進(jìn)劑、短期貯存推進(jìn)劑或分為地面可貯存、空間可貯存和不可貯存推進(jìn)劑

上一頁(yè)下一頁(yè)返回三、

液體推進(jìn)劑的組元種類(lèi)

作為液體推進(jìn)劑的燃料組元，有氫、肼及其衍生物、胺類(lèi)、烴類(lèi)、醇類(lèi)及混肼、混胺、胺肼

、油肼系列近30種。作為液體推進(jìn)劑的氧化劑組元，有液氧、硝基類(lèi)、過(guò)氧化氫、氟類(lèi)及硝酸與四氧化二氮的混合系列、四氧化二氮與一氧化氮混合系列等10余種

單組元推進(jìn)劑有過(guò)氧化氫、肼、硝酸酯類(lèi)、硝基烷烴類(lèi)、環(huán)氧乙烷及混合型單組元推進(jìn)劑10余種。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回四、

液體推進(jìn)劑的發(fā)展簡(jiǎn)介

液體推進(jìn)劑的發(fā)展大致可分為三個(gè)階段：

①

探索階段：主要是在第二次世界大戰(zhàn)前的這一階段。這一時(shí)期，世界上很少有專(zhuān)門(mén)從事液體推進(jìn)劑研制的機(jī)構(gòu)，但這一時(shí)期在液體推進(jìn)劑的研究方面還是有成就的。所有這些成就，為后來(lái)的液體推進(jìn)劑的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

②

第二階段：

從第二次世界大戰(zhàn)末到20世紀(jì)60年代中期。這一時(shí)期，各大國(guó)為了爭(zhēng)奪軍事和空間優(yōu)勢(shì)，加緊了對(duì)火箭、導(dǎo)彈用液體推進(jìn)劑的研究，開(kāi)發(fā)研制了一系列新的液體推進(jìn)劑。

③

第三階段：

從20世紀(jì)70年代以來(lái)的發(fā)展階段。

上一頁(yè)返回第七節(jié)小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)一、

小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)的功能與特1

功能:運(yùn)載火箭(彈道導(dǎo)彈)的上面級(jí)、航天器以及導(dǎo)彈彈頭機(jī)動(dòng)時(shí)，要完成姿態(tài)控制、末速修正、軌道修正、軌道轉(zhuǎn)移、軌道維持等，或與其他航天器交會(huì)與對(duì)接、減速、下降和著陸，還有推進(jìn)劑管理等任務(wù)。這些飛行程序的執(zhí)行，是由小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)提供控制力、控制力矩或小推力才可實(shí)現(xiàn)。

2

特點(diǎn):①

小推力②

工作環(huán)境特殊③

多次啟動(dòng)工作④

脈沖工作方式⑤

推力可以調(diào)節(jié)下一頁(yè)返回二、

分類(lèi)

小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)分單組元和雙組元兩類(lèi)。

1

單組元小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng):單組元小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)是用單組元推進(jìn)劑催化分解或熱分解產(chǎn)生的高溫氣體作推力室工質(zhì)的推進(jìn)系統(tǒng)。2

雙組元小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

:雙組元小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)是采用雙組元推進(jìn)劑。雙組元小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)的功能控制器是其重要的組成系統(tǒng)。

三、

小推力液體火箭推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)

小推力液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)的推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)分為一體化供應(yīng)系統(tǒng)、恒壓式供應(yīng)系統(tǒng)和落壓式

供應(yīng)系統(tǒng)。

上一頁(yè)返回第八節(jié)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)典型實(shí)例

一、

運(yùn)載火箭第一級(jí)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

1

長(zhǎng)征三號(hào)第一級(jí)的系統(tǒng)組成

:第一級(jí)推進(jìn)系統(tǒng)由推進(jìn)劑貯箱、液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、貯箱增壓系統(tǒng)、火工品與電纜、機(jī)架、推力矢量控制系統(tǒng)等組成。(1)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

(2)推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)

(3)啟動(dòng)系統(tǒng)

(4)耗盡關(guān)機(jī)系統(tǒng)

下一頁(yè)返回2

推進(jìn)系統(tǒng)工作過(guò)程

(1)系統(tǒng)啟動(dòng)

:

當(dāng)氧化劑與燃料貯箱中推進(jìn)劑加注到所要求的液位時(shí)，由地面增壓系統(tǒng)對(duì)貯箱實(shí)施增壓后，則系統(tǒng)處于可啟動(dòng)狀態(tài)。(2)系統(tǒng)進(jìn)入主級(jí)工作

:

由燃料啟動(dòng)閥門(mén)的電爆管通電，經(jīng)過(guò)1.9s左右時(shí)間，渦輪轉(zhuǎn)速已達(dá)到額定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的推力、流量等參數(shù)達(dá)到額定值，則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定工況，推進(jìn)系統(tǒng)已進(jìn)入主級(jí)穩(wěn)定工況。(3)系統(tǒng)關(guān)機(jī)

:

關(guān)機(jī)指令以三種狀態(tài)方式發(fā)出：

①

耗盡關(guān)機(jī)指令

②

射程關(guān)機(jī)指令

③

定時(shí)關(guān)機(jī)指令

上一頁(yè)下一頁(yè)返回二、

運(yùn)載火箭第三級(jí)液體火箭推進(jìn)系統(tǒng)

1

推進(jìn)系統(tǒng)組成

第三級(jí)推進(jìn)系統(tǒng)由推進(jìn)劑貯箱、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)、貯箱增壓系統(tǒng)、推進(jìn)劑利用系統(tǒng)、推進(jìn)劑管理系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、吹除系統(tǒng)、預(yù)冷和氣封、推力傳遞及推力矢量控制裝置等系統(tǒng)組成。

(1)液氧／液氫發(fā)動(dòng)機(jī)

(2)推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)

(3)貯箱增壓系統(tǒng)

:①

增壓系統(tǒng)②補(bǔ)壓系統(tǒng)(4)