f—代液體推進系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)

1、下一 代液 體推 進 系統(tǒng) 的設(shè) 計技術(shù) 作 者tRu d iB EI CHEL摘 要 ； 探 計 7人 們 在 利 用航 天 飛機 主 發(fā) 動 機 重 要研 制 成 果 的 前 提 下 開 發(fā) 一 種 新 的 、 可 靠 的、 經(jīng) 濟 實 用的 空 間 運 輸 摹統(tǒng) 的 重 要 性 、 現(xiàn) 實 性 和 必 要 性 。 文 章 就 多組 元 推進 劑發(fā) 動機 、雙 膨脹 噴管 廈 高燃燒 室壓 力技 術(shù) 等 問題做 7較詳 細的論述 。

2、主 題 詞： 液 體 火箭 發(fā) 動 機， 三 蛆 元 火 箭 發(fā) 動 機 ，雙 膨 脹 足箭 發(fā) 動 機 概 述 很 久 以前 ，人們 就 注意 到天 上的星星并 幻想到奧 秘 的太 空去旅行 和探 險。 這個愿望 已被 我 們這一代部 分地實現(xiàn) 了。 雖然人們懂 得火箭 推進原理 已經(jīng)若 干世紀(jì) 了，但是 由于缺 乏必要 的技 術(shù)條件 卻一 直停 留在焰火 和小型 武器階段而 未能進一 步發(fā) 展。 直 到廿世 紀(jì) 初， 當(dāng) 輕 金

3、屬、焊 接技術(shù) 、熱阻材料 、氣體 的液化 和微 電路 電子儀器 等新技術(shù) 為人 們掌握 以后 ，科學(xué)家 和工程 師們才能 夠認(rèn)真地 開始設(shè)計 實 用的液體推進 系統(tǒng)。 許多通 訊、氣象 和科學(xué)衛(wèi) 星現(xiàn) 在正 圍繞著地 球旋 轉(zhuǎn) ，為我 們提供有關(guān) 我們這 個星球 的環(huán)境 和 資源等方 面的重 要 數(shù)據(jù)。航天 飛機 進行定期 有計 劃 的宇宙飛行 ，在地 面和 空間之問往 返地運送 人員和 科學(xué)實驗設(shè) 備。人 已在月球 上著 陸行走 并

4、從 月球 獲取 了樣 品帶回地 球。將來，世界 人 口的增 加 、革 命 的發(fā) 展和 人們 ( 特別 是不發(fā)達 國家 中的人 們) 對生 活標(biāo) 準(zhǔn) 要求 的提高， 將需要一 些在 地球 上得不 到 的資源 。 另一 個人類面 臨的重要 問題是不 斷增長 的 環(huán)境污 染。從 另一方面講 ，宇宙 是無邊 際的，有無 限的能 源 和材料 資源。 它的獨特 的環(huán)境 條 件，為子 孫后代提供 了科研 、生產(chǎn) 和永久棲 息的基地。一人類 剛剛開始要

5、 利用我 們這個 地球 以外 空問的廣 闊資源 ，但是在 這 種計 劃 變 為現(xiàn) 實 以前 ，必須研 制可靠 的、經(jīng)濟 實用 的空間運輸 系統(tǒng) 以減 低現(xiàn)在 較高的 空間 運輸 費用。 雖然 一些 國家 已經(jīng)研 制了并 正在使用 可靠 的空間運載工 具把貴 重儀器從 地球送入 軌道 ，但是 為了獲得 那 些資源所 需要 的、真正經(jīng) 濟實用 的地球軌道 運輸 系統(tǒng)現(xiàn)在 還沒有得 到。本文 正是 論述 先進推 進 技術(shù)和類似 航空班機 的經(jīng)

6、濟 實用空問運輸 系統(tǒng)。 這種 運輸 系統(tǒng) 可 以是 完全 回收 重復(fù)使 用， 或者一 次性 使 用， 但 這取決 于所執(zhí) 行 的飛行 任 務(wù)。 所得出 的重要 結(jié) 論是，沒 有重 大的技術(shù)障 礙妨 礙實 現(xiàn)經(jīng)濟 實用 的空間 飛行。 如果空間工 業(yè)l 化 和太空研 究要為 人 類所面 臨的能量 和資源危 機提供 近期 解決 方法 的話， 那么下一代 空闊運輸 系統(tǒng) 所 采 用 的 先 進火箭發(fā) 動機 的研 制工作 就 必須 從現(xiàn)在 就

7、開始。 自從航天 飛機主發(fā) 動機開始 研制 以來 ，在 過 去十五年 期問里， 已經(jīng) 取得 了許 多技術(shù)進步 。在操 作 和重 復(fù)使用航 天飛機及 其可多 次重復(fù) 譯 自P f o c e e d l n g so ft e eF o u r t e e n t ~ I n t e r n a t i o n a lS y m p o s i u m 。 ns p a c eTe c h n oy & S c l e ~ c e

8、2 2 — 維普資訊 http://www.cqvip.com 和雙膨脹 噴管 發(fā)動 機原理 的合理組 合可 以提 高整級 的性能 ，從而增 加 了單 級入軌 運載器方 案 的可行性。 在過去 的十年間 ，為 了實現(xiàn)完全 重復(fù) 使用的航 天 飛機 ，許多 政府 和工 業(yè)部 門的研 究工作 E經(jīng)表 明并證實 了這一 點【” 。這 些 研 究 工作都 表明，對 于混合推 進技術(shù) ，優(yōu)先選 用 的推進 劑組 合應(yīng)該是 烴類燃 料 作 I 型

9、燃 料，氫 作 I 型燃 料， 都 用氧 作氧化劑 。早 在六十年 代，人 們 已經(jīng) 認(rèn)識到 ，征服 宇宙 的唯一 己知方 法是 研制高燃 燒 室壓 力的火箭 發(fā) 動機 。根 據(jù) 這些 早期 工作提 出的基 本設(shè)計 準(zhǔn)則 是 盡力提 高性能， 減小尺 寸和 減輕重 量。雙膨脹 噴管發(fā)動機 原理 雙 揖脹噴管 發(fā)動機 采用 了當(dāng)前可能 利用 的竣新 技術(shù)。要 使發(fā) 動機性能滿 足運載器 彈道的 要 求 。 在單 一 發(fā) 動 機 中 兼 并

10、 吸 收 了 從 海 平 面 起 飛 到 空 中關(guān) 機 熄 火 這 兩 種 狀 態(tài) 的 性 能 。 發(fā) 動 機 的 特 征 簡 要 示 于 圖 2。qHs 曩 L H2 一 L q 摹 翻 2藏 膨脹 噴管發(fā)動機 利用 了 S S ME 的技 術(shù)，但是 改進 了發(fā) 動機循 環(huán)和噴營 外形 以滿足 單級入軌 運載器 的技術(shù)要 求 定義 ：混 合式蕊腳 ∈ 噴 瞥發(fā) 動機 ‘ 并聯(lián)崧鯫 在起飛期河液氧／ 丙烷和裝氧／ 液氫都燃 燒

11、83;Ⅱ型， 倪 裝氧 ／ 撮氳 姑崩 ‘ 雙 船 目 l } 噴 瞥發(fā) 動機 使 沿飛 ； 斤彈 道期 河的 推 力都 虛 為 最佳 ( 分 階段 的推 力)‘- 最有效的底每組蓑 · 先進 的發(fā) 動機 循環(huán) - 先進 的凈 卻技 術(shù) · 先進 的禍輪 鬣 組件的元 件工 藝 · 先 進的材 料 ( 高的推 力／ 重量 比)螺 ． 【 盤童 ■ 圖 3藏膨 脹噴 營發(fā)動機 循環(huán) 雙 膨張 噴管發(fā) 動機 循

12、習(xí) =· 藹合 燃氣 發(fā)生 精／ 分 輟燃 燒 循環(huán) · 使在 泵出 口壓 力較 低情 況下 能 夠獲得高 燃崩 室壓 力 · 化學(xué)計算的頂勝室／ 燃氣發(fā)生器 · 藏 液 氫推 進嗣 · 使 起動便于控制 · 液 氳降 卻燃 崩室 ( 兩種 壟式 )雙膨脹噴管毒動機的工作流程圖示于固3 。用于內(nèi) 燃燒搴的丙烷 ( c 。 H 。 )和液氯幕 ( 出一 2 l 一 維普資訊 ht