f—代液體推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)

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

2、主 題 詞： 液 體 火箭 發(fā) 動(dòng) 機(jī)， 三 蛆 元 火 箭 發(fā) 動(dòng) 機(jī) ，雙 膨 脹 足箭 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 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(xiǎn)。 這個(gè)愿望 已被 我 們這一代部 分地實(shí)現(xiàn) 了。 雖然人們懂 得火箭 推進(jìn)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(jìn)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(jì) 實(shí) 用的液體推進(jìn) 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(gè)星球 的環(huán)境 和 資源等方 面的重 要 數(shù)據(jù)。航天 飛機(jī) 進(jìn)行定期 有計(jì) 劃 的宇宙飛行 ，在地 面和 空間之問往 返地運(yùn)送 人員和 科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(dá) 國(guó)家 中的人 們) 對(duì)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(gè)人類面 臨的重要 問題是不 斷增長(zhǎng) 的 環(huán)境污 染。從 另一方面講 ，宇宙 是無(wú)邊 際的，有無(wú) 限的能 源 和材料 資源。 它的獨(dú)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(gè) 地球 以外 空問的廣 闊資源 ，但是在 這 種計(jì) 劃 變 為現(xiàn) 實(shí) 以前 ，必須研 制可靠 的、經(jīng)濟(jì) 實(shí)用 的空間運(yùn)輸 系統(tǒng) 以減 低現(xiàn)在 較高的 空間 運(yùn)輸 費(fèi)用。 雖然 一些 國(guó)家 已經(jīng)研 制了并 正在使用 可靠 的空間運(yùn)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(jì)實(shí)用 的地球軌道 運(yùn)輸 系統(tǒng)現(xiàn)在 還沒有得 到。本文 正是 論述 先進(jìn)推 進(jìn) 技術(shù)和類似 航空班機(jī) 的經(jīng)

6、濟(jì) 實(shí)用空問運(yùn)輸 系統(tǒng)。 這種 運(yùn)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(shí) 現(xiàn)經(jīng)濟(jì) 實(shí)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(jī)提供 近期 解決 方法 的話， 那么下一代 空闊運(yùn)輸 系統(tǒng) 所 采 用 的 先 進(jìn)火箭發(fā) 動(dòng)機(jī) 的研 制工作 就 必須 從現(xiàn)在 就

7、開始。 自從航天 飛機(jī)主發(fā) 動(dòng)機(jī)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(jìn)步 。在操 作 和重 復(fù)使用航 天飛機(jī)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(dòng) 機(jī)原理 的合理組 合可 以提 高整級(jí) 的性能 ，從而增 加 了單 級(jí)入軌 運(yùn)載器方 案 的可行性。 在過去 的十年間 ，為 了實(shí)現(xiàn)完全 重復(fù) 使用的航 天 飛機(jī) ，許多 政府 和工 業(yè)部 門的研 究工作 E經(jīng)表 明并證實(shí) 了這一 點(diǎn)【” 。這 些 研 究 工作都 表明，對(duì) 于混合推 進(jìn)技術(shù) ，優(yōu)先選 用 的推進(jìn) 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(shí)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(dòng)機(jī) 。根 據(jù) 這些 早期 工作提 出的基 本設(shè)計(jì) 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(dòng)機(jī) 原理 雙 揖脹噴管 發(fā)動(dòng)機(jī) 采用 了當(dāng)前可能 利用 的竣新 技術(shù)。要 使發(fā) 動(dòng)機(jī)性能滿 足運(yùn)載器 彈道的 要 求 。 在單 一 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 中 兼 并

10、 吸 收 了 從 海 平 面 起 飛 到 空 中關(guān) 機(jī) 熄 火 這 兩 種 狀 態(tài) 的 性 能 。 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 的 特 征 簡(jiǎn) 要 示 于 圖 2。qHs 曩 L H2 一 L q 摹 翻 2藏 膨脹 噴管發(fā)動(dòng)機(jī) 利用 了 S S ME 的技 術(shù)，但是 改進(jìn) 了發(fā) 動(dòng)機(jī)循 環(huán)和噴營(yíng) 外形 以滿足 單級(jí)入軌 運(yùn)載器 的技術(shù)要 求 定義 ：混 合式蕊腳 ∈ 噴 瞥發(fā) 動(dòng)機(jī) ‘ 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(dòng)機(jī) 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(jìn) 的發(fā) 動(dòng)機(jī) 循環(huán) - 先進(jìn) 的凈 卻技 術(shù) · 先進(jìn) 的禍輪 鬣 組件的元 件工 藝 · 先 進(jìn)的材 料 ( 高的推 力／ 重量 比)螺 ． 【 盤童 ■ 圖 3藏膨 脹噴 營(yíng)發(fā)動(dòng)機(jī) 循環(huán) 雙 膨張 噴管發(fā) 動(dòng)機(jī) 循

12、習(xí) =· 藹合 燃?xì)?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(jì)算的頂勝室／ 燃?xì)獍l(fā)生器 · 藏 液 氫推 進(jìn)嗣 · 使 起動(dòng)便于控制 · 液 氳降 卻燃 崩室 ( 兩種 壟式 )雙膨脹噴管毒動(dòng)機(jī)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