航空-航天飛行器推進增壓輸送係統設計 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

在搜集國內外液體火箭和空天飛行器增壓輸送設計資料以及長期從事液體火箭推進係統設計、研究與研製經驗的基礎上，作者對所積纍的資料進行瞭整理、研究與探討，編寫成《航空-航天飛行器推進增壓輸送係統設計》，以期成為飛行器增壓輸送係統設計、研究、研製方麵的指南。本書可供有關研究院所的設計工程技術人員及高等院校相應專業師生參考。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論

第2章 火箭和航天飛行器推進係統
2.1火箭推進
2.2推進係統
2.3液體推進係統
2.4增壓輸送係統
2.4.1係統功能
2.4.2係統類型

第3章 航空航天飛行環境及其影響
3.1航空航天飛行器發展概況
3.1.1一次性使用的彈道導彈、運載火箭和航天器
3.1.2可重復使用航空航天飛行器
3.2航空航天飛行環境特性
3.2.1航空空域飛行
3.2.2航天空域飛行
3.2.3跨航空航天空域飛行
3.3航空航天飛行器液體推進劑管理新課題
3.3.1推進劑管理技術要求
3.3.2推進劑管理模式
3.3.3推進劑管理主要關鍵技術

第4章 液體火箭和航天器增壓輸送係統設計
4.1總體方案係統可行性論證
4.1.1初始數據
4.1.2輸送管路直徑選擇計算
4.2係統方案設計
4.2.1主要設計參數
4.2.2係統形式選擇
4.2.3係統方案計算
4.3係統初步設計
4.3.1係統初步設計計算
4.3.2增壓控製係統
4.3.3係統部件
4.4係統技術設計與集成化
4.4.1設計計算
4.4.2熱傳遞效應
4.4.3質量傳遞效應
4.4.4係統動力學
4.4.5係統主要報告與圖紙文件

第5章 航空航天飛行器類型
5.1跨大氣層試驗飛行器X15
5.1.1計劃與任務
5.1.2推進係統
5.2部分重復使用航空航天飛行器——航天飛機
5.2.1主要任務與用途
5.2.2總體結構與飛行軌道
5.2.3推進係統
5.2.4技術特點
5.3完全重復使用航空航天飛行器——X係列試驗飛行器
5.3.1X33飛行器
5.3.2X34飛行器
5.3.3X37飛行器
5.3.4X37B飛行器
5.4高超聲速跳躍航空航天飛行器——Demo方案飛行器
5.4.1飛行軌道
5.4.2Demo飛行器方案
5.5亞軌道載人航空航天飛行器——太空船係列
5.5.1亞軌道載人飛行發展前景
5.5.2太空船一號
5.5.3太空船二號

第6章 航空航天飛行器推進增壓輸送係統設計
6.1航空航天飛行器X34主推進係統
6.1.1係統設計和功能要求
6.1.2係統組成
6.1.3係統布局與流動原理
6.2推進係統
6.2.1增壓輸送係統
6.2.2姿態控製係統
6.2.3主發動機係統
6.3推進係統綜閤和測試
6.3.1安全/泄漏、功能試驗
6.3.2流體裝載和排放試驗
6.3.3推進劑冷流試驗
6.3.4靜態熱試車測試
6.4係統集成化
6.4.1安全與任務確保
6.4.2操作性
6.4.3係統分析

第7章 推進子係統評估分析與優化
7.1增壓係統方案比較研究
7.1.1係統方案設計
7.1.2二次故障容錯能力
7.1.3排氣閥響應時間
7.1.4穩態流排氣閥操作
7.1.5最終確定減壓器係統設計方案
7.2增壓係統瞬態分析
7.2.1設計要求
7.2.2分析評估
7.3氣動和吹除係統分析
7.4氦氣瓶充填分析
7.5輸送/排放/排氣係統方案分析
7.5.1推進劑箱布局與分隔艙化設計
7.5.2輸送/排放係統初步方案
7.5.3液氧輸送/排放係統布局修正
7.5.4煤油輸送/排放係統布局修正
7.5.5分析分類研究
7.5.6推進劑箱排氣/安全係統分析
7.5.7推進劑輸送排放/排氣係統最終設計布局
7.6輸送係統流體動力分析
7.6.1投放過程推進劑箱氣/液運動
7.6.2推進劑輸送末期液麵塌陷
7.7液氧排放係統齣口節流圈
7.7.1節流圈性能仿真
7.7.2節流圈流量係數確定
7.7.3液氧排放係統仿真

第8章 主推進係統液體推進劑管理
8.1重力場與低重力狀態下飛行推進劑綜閤管理設計
8.1.1設計特點
8.1.2結構形式
8.2液氧箱的預冷和加注分析
8.3液氧箱絕熱和蒸發分析
8.4貯箱排氣/泄壓係統
8.4.1液氧排氣係統性能
8.4.2煤油排氣係統性能
8.5推進劑管理分析
8.5.1液氧管理分析
8.5.2飛行器投放煤油溫度分析
8.6推進劑排放係統仿真
8.6.1液氧排放係統模型
8.6.2煤油排放係統模型
8.6.3瞬態排放仿真

第9章 推進係統組件
9.1推進係統組件設計特點
9.2主推進劑箱
9.3推進劑管理閥門
9.4加注、輸送、排氣和排放管路
9.5氣動閥
9.6增壓和氣動係統
9.7氣瓶
9.8電磁閥和自鎖電磁閥
9.9溫度傳感器

第10章 低成本推進技術——FASTRAC發動機和推進係統測試平颱
10.160 K Fastrac發動機
10.1.1發動機係統
10.1.2主噴注器
10.1.3燃燒室噴管
10.1.4渦輪泵組
10.1.5氣體發生器
10.1.6點火係統
10.1.7推進劑分配
10.1.8氣動係統
10.1.9儀器和控製係統
10.2推進係統測試平颱
10.2.1設計原則
10.2.2設計要求
10.2.3測試內容
10.2.4測試平颱組成

前言/序言

　　 半個多世紀以來，隨著航天技術的迅速發展，人類開發宇宙空間的步伐已經從近地空間邁嚮宇宙深空。作為探索宇宙空間重要工具之一的液體火箭推進係統，已成為現代運載火箭、航天器、空間探測和星際航行最主要的推進裝置，可以預見，在今後相當長的時間內，它仍將具有很強的生命力。

　　 近十多年來，應用於跨越洲際的航空與航天領域的液體推進劑飛行器(空天飛行器)也已異軍突起，它能往返於天地間、完全可重復使用，在航空-航天軍事偵察方麵極具潛在價值。各主要航天國傢正在積極研製與發展此類飛行器。可見，液體火箭推進係統不但在航天(空間)領域飛行器具有重要的地位，在跨越洲際的航空與航天領域的飛行器也具有獨特的重要地位。

　　 航天與航空是兩個飛行環境、空域特徵完全不同的概念。航天是指在地球大氣層以外的零重力(失重或低重力)狀態下的宇宙深空環境條件下的飛行；而航空則是指在地球大氣層內的地球重力與大氣密度雙重影響下的飛行。在大氣層內，大氣密度隨著地球錶麵大氣層的高度的增加而逐漸地降低，空氣變得稀薄，以至於無；地球重力則隨著距離地球錶麵的高度的增加而逐漸地減弱，以至趨於零。在此環境下，飛行器體內的液體推進劑，不僅受到地球重力變化的影響，還受到機體作用力的影響，因而反映齣截然不同的特性。這就涉及飛行器火箭發動機的液體推進劑增壓、連續輸送的可能性與可靠性問題。如果解決方法不當，就會危及火箭發動機的正常工作，極大地影響航空-航天飛行器的可靠性。

　　 因此，作為空天飛行器，它從大氣高層跨入空間，再從空間返迴地球，其間所遭受到的飛行環境影響極其復雜，它的液體火箭推進係統必須同時適應航空空域和航天空域飛行。在此前提下，其增壓輸送係統必須具備相應的技術條件與保障措施，纔能滿足空天飛行要求。因而，空天飛行是一門特殊的新的技術領域，這就需要進行深入的理論探討、分析、研究，並為之設計、製定可靠的技術方案與措施。

　　 從最廣泛使用的液體火箭推進係統來看，它的主要組成為：推進劑貯存、推進劑加注、推進劑分配、剩餘推進劑控製、推進劑晃動抑製、推進劑增壓輸送、推進劑管理、推進劑排放、推進劑縱嚮耦閤振動(POGO)抑製和推力産生裝置等係統。目前，它主要廣泛應用在液體運載火箭和航天飛行器上。它們所涉及的理論和專業技術領域比較廣。從專業技術範疇上講，液體火箭推進係統實際上包含著火箭發動機和推進劑增壓輸送係統兩大部分內容，而它們涉及的專業麵也不盡相同。因此，在工程設計上，其跨度也比較大，涉及導彈、火箭總體設計中有關總體推進結構、構型、增壓輸送與火箭發動機等專業。在火箭設計研製中，火箭發動機和增壓輸送係統實際上也是分彆獨立地在不同單位或部門進行設計。通常，在製定火箭總體方案時，火箭發動機型號已經確定，而增壓輸送係統方案則必須與火箭總體方案設計同時開展工作，纔能使火箭總體和增壓輸送係統與發動機密切配閤，至善圓滿地完成飛行器的推進任務。現在，增壓輸送係統已經成為火箭和飛行器設計、運載發射中使用的幾大重要子係統之一。

　　 由於增壓輸送係統設計、研製所涉及的理論技術麵比較廣，係統十分復雜，因而是影響火箭和飛行器係統性能、安全和可靠性方麵的重要課題，也是火箭、飛行器總體設計研製工作中常常碰到的實際問題。但是，有關這方麵的理論研究、設計資料不僅較少而且零散，特彆是對於新興的空天兩者兼容飛行方麵的問題，目前尚缺乏係統的研究與論述。為此，作者在搜集國內外液體火箭和空天飛行器增壓輸送設計資料，以及長期從事液體火箭推進係統設計、研究與研製經驗的基礎上，對所積纍的資料進行瞭整理、研究與探討，編寫成《航空-航天飛行器推進增壓輸送係統設計》一書，以期成為飛行器增壓輸送係統設計、研究、研製方麵的指南。本書可供有關研究院所的工程設計技術人員及高等院校相應專業師生參考。由於編著水平有限，如有錯誤之處敬請批評指正。

　　 本書根據國內外的發展資料，比較全麵地總結瞭液體火箭和航空航天飛行器增壓輸送係統設計、研製、試驗等經驗，內容豐富詳實，為液體火箭助推器、上麵級火箭和航天器的主推進係統、輔助推進係統與姿態控製係統的增壓輸送係統的設計提供瞭參考；更著力於係統地論述瞭跨空域的航空航天飛行器推進增壓輸送係統理論與設計。本書還介紹瞭國外推進增壓輸送係統的設計、研製、試驗與經驗實例。對從事液體火箭和航天器研究、設計、研製有較大的指導意義，為係統設計工作之指南。

　　 在編寫過程中曾考慮過應用“空天飛行器”這個新名詞。20世紀80年代，隨著部分可重復使用航天飛機的齣現，曾經掀起瞭“空天飛行器”的研究熱潮，它以自身動力跨越航空-航天空域往返於天地間。但因關鍵技術太多，後來便沉靜瞭下來。隨後，以火箭發動機為推進力，藉火箭助推或由載機(飛機)攜帶到大氣上層發射(投放)的跨越航空-航天空域的重復使用飛行器異軍突起，頗具發展前景，種類也多。前後兩者不一樣。因此，還是決定采用“航空-航天飛行器”組閤詞，範圍廣些。

　　 本書在編寫、整理齣版過程中，作者分彆得到瞭裝備技術研究學院原院長常顯奇教授、國防科技大學研究生院王振國教授、中國航天科技集團公司第一研究院型號總師唐一華同誌的支持，還得到瞭中國航天科技集團公司第八研究院第八〇五研究所領導、以及周濤、吳昊、喬洋、狄文斌、姚娜、洪剛、馮淑紅、張亮、楊修東、李軍、石玉鵬和吳輝等同誌的幫助，在此一並緻謝！

　　 作者

　　 2011年4月16日


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