了得網工業技術_液體運載火箭低溫動力繫統工程設計載人航天出版工程

編輯推薦

國內外低溫液體火箭發動機相關著作頗豐,常溫和低溫增壓輸送繫統也有專著,但從低溫火箭動力繫統總體視角繫統、全面地介紹低溫動力繫統工程設計的文獻資料和書籍較鮮見.本書在我國新一代大型低溫運載火箭成功研制的基礎上,結合國內外運載火箭動力繫統設計成果,繫統總結了運載火箭低溫動力繫統設計方法及研制經驗.希望本書能為高等院校航天飛行器設計專業研究生和航天飛行器設計領域的研究人員、工程設計人員提供一套完整、實用的參考資料.

內容簡介

本書是作者多年來研究工作的總結,反映了當前國內外液體運載火箭低溫動力繫統工程研究發展的狀況。全書共分１０章:第１章概述了液體運載火箭動力繫統的作用及組成、發展特點;第２章闡述了低溫動力繫統設計的主要理論基礎;第３章繫統敘述了低溫動力繫統總體設計的範疇、繫統特點、設計原則、研制階段和設計方法;第４章介紹了低溫液體火箭發動機繫統及其性能、對火箭總體性能的影響等;第５章闡述了低溫推進劑繫統的設計特點以及相關的預冷、推進劑熱分層、加注設計、推進劑管路以及推進劑出流和湧泉抑制設計;第６章詳述了低溫貯箱增壓繫統的功能及要求、貯箱增壓分析方法;第７章介紹了低溫火箭 POGO 機理、穩定性分析及抑制技術;第８章敘述了低溫動力繫統供配氣繫統、設計及氣封吹除設計;第９章介紹了低溫動力繫統仿真技術發展及應用、時域和頻域仿真模型、模塊化通用仿真技術;第１０章概述了低溫動力繫統試驗技術,重點介紹了試驗體繫和試驗方法.

作者簡介

國內外低溫液體火箭發動機相關著作頗豐,常溫和低溫增壓輸送繫統也有專著,但從低溫火箭動力繫統總體視角繫統、全面地介紹低溫動力繫統工程設計的文獻資料和書籍較鮮見.本書在我國新一代大型低溫運載火箭成功研制的基礎上,結合國內外運載火箭動力繫統設計成果,繫統總結了運載火箭低溫動力繫統設計方法及研制經驗.希望本書能為高等院校航天飛行器設計專業研究生和航天飛行器設計領域的研究人員、工程設計人員提供一套完整、實用的參考資料.

目錄

第1章運載火箭的發展及其動力繫統1

1.1運載火箭的發展1

1.1.1運載火箭早期雛形1

1.1.2現代航天理論的建立1

1.1.3近現代運載火箭發展2

1.1.4我國航天運載火箭成就3

第1章運載火箭的發展及其動力繫統1

1.1運載火箭的發展1

1.1.1運載火箭早期雛形1

1.1.2現代航天理論的建立1

1.1.3近現代運載火箭發展2

1.1.4我國航天運載火箭成就3

1.2液體運載火箭動力繫統及其發展5

1.2.1液體運載火箭動力繫統作用及組成5

1.2.2液體運載火箭動力繫統發展特點6

第2章低溫動力繫統設計基礎9

2.1熱力學基礎9

2.1.1繫統及參數定義9

2.1.2熱力學定律10

2.1.3熱力學第二定律12

2.1.4開口繫統能量狀態方程12

2.2流體力學基礎13

2.2.1主要物性參數13

2.2.2流體運動的描述16

2.2.3流體力學控制方程19

2.2.4可壓縮氣體流體23

2.2.5兩相及多相流體27

2.3低溫流體傳熱傳質29

2.3.1低溫流體特性29

2.3.2傳熱與傳質30

2.4微重力34

2.5燃燒理論基礎37

2.5.1概述37

2.5.2燃燒過程及分類38

2.5.3液體燃燒分區39

第3章低溫動力繫統總體設計42

3.1設計範疇42

3.2繫統特點42

3.3設計原則44

3.3.1總則44

3.3.2工程研制準則45

3.3.3“三化”設計準則45

3.3.4經濟性準則45

3.3.5高可靠性準則46

3.3.6技術繼承性與先進性準則46

3.3.7安全性準則46

3.4研制階段47

3.4.1方案設計階段47

3.4.2初樣設計階段47

3.4.3試樣設計階段48

3.5設計方法48

第4章低溫液體火箭發動機49

4.1概述49

4.1.1液體火箭發動機基本組成49

4.1.2世界主要液體火箭發動機50

4.1.3液體火箭發動機發展趨勢56

4.2發動機繫統及其性能57

4.2.1火箭發動機繫統57

4.2.2發動機繫統分析58

4.3發動機對火箭總體性能影響61

第5章低溫推進劑繫統62

5.1繫統設計特點62

5.2低溫火箭發動機預冷63

5.2.1預冷方式63

5.2.2預冷方式比較66

5.2.3主要運載火箭預冷方式66

5.2.4發動機預冷方式需考慮的因素67

5.2.5預冷過程熱分析69

5.3低溫推進劑的熱分層72

5.3.1熱分層的影響73

5.3.2熱分層研究的基本方法74

5.3.3湍流邊界層下熱分層計算75

5.3.4微重力下推進劑熱力學分析79

5.3.5熱分層抑制82

5.4低溫推進劑加注設計83

5.4.1低溫貯箱加注前置換84

5.4.2加注過程85

5.5低溫推進劑管路87

5.5.1管路補償設計88

5.5.2絕熱方案設計90

5.6推進劑出流設計92

5.6.1典型夾氣情況92

5.6.2無塌陷出流口設計95

5.6.3出流試驗97

5.7湧泉現像及其抑制98

5.7.1湧泉的形成98

5.7.2湧泉的抑制100

第6章低溫貯箱增壓繫統105

6.1增壓繫統功能及要求105

6.2貯箱增壓方式分析106

6.3貯箱增壓過程熱力學分析112

6.3.1低溫貯箱增壓熱力學過程112

6.3.2低溫貯箱增壓過程集總參數法113

6.3.3低溫貯箱增壓過程分布參數法122

6.4氣瓶充放氣過程熱力學分析126

6.5貯箱需要增壓壓力分析130

6.5.1貯箱結構設計需要壓力130

6.5.2發動機工作需要的壓力131

6.5.3貯箱需要增壓壓力計算134

6.6增壓氣體質量估算136

6.7增壓過程能量分配140

第7章低溫火箭POGO抑制設計146

7.1POGO機理146

7.2POGO穩定性分析148

7.2.1傳遞函數模型149

7.2.2狀態空間模型151

7.3低溫火箭POGO抑制技術157

7.3.1膜盒式蓄壓器POGO抑制159

7.3.2注氣式蓄壓器POGO抑制161

7.3.3主動式POGO抑制169

第8章低溫動力繫統供配氣設計172

8.1供配氣繫統172

8.2供配氣設計173

8.2.1設計準則173

8.2.2設計流程173

8.2.3用氣量需求分析177

8.3氣封吹除設計178

第9章低溫動力繫統仿真技術180

9.1動力繫統仿真技術發展及應用180

9.1.1國外動力繫統仿真工具發展181

9.1.2國內動力繫統仿真工具發展201

9.2動力繫統仿真模型204

9.2.1動力繫統時域模型204

9.2.2動力繫統頻域模型213

9.3模塊化通用仿真技術216

第10章低溫動力繫統試驗技術218

10.1低溫動力繫統試驗體繫218

10.2低溫動力繫統試驗方法219

10.2.1貯箱增壓試驗219

10.2.2發動機預冷試驗221

10.2.3推進劑出流試驗222

10.2.4湧泉抑制試驗222

10.2.5POGO抑制試驗222

10.2.6動力繫統試車225

參考文獻230

前言

《載人航天出版工程》總序

中國載人航天工程自1992年立項以來，已經走過了20多年的發展歷程。經過載人航天工程全體研制人員的銳意創新、刻苦攻關、頑強拼搏，共發射了10艘神舟飛船和1個目標飛行器，完成了從無人飛行到載人飛行、從一人一天到多人多天、從艙內實驗到出艙活動、從自動交會對接到人控交會對接、從單船飛行到組合體飛行等一繫列技術跨越，擁有了可靠的載人天地往返運輸的能力，實現了中華民族的千年飛天夢想，使中國成為世界上第三個獨立掌握載人航天技術的國家。我國載人航天工程作為高科技領域代表性的科技實踐活動之一，承載了中國人民期盼國家富強、民族復興的偉大夢想，彰顯了中華民族探索未知世界、發現科學真理的不懈追求，體現了不畏艱辛、大力協同的精神風貌。航天夢是中國夢的重要組成部分，載人航天事業的成就，充分展示了偉大的中國道路、中國精神、中國力量，堅定了全國各族人民實現中華民族偉大復興中國夢的決心和信心。

載人航天工程是十分復雜的大繫統工程，既有賴於國家的整體科學技術發展水平，也起到了影響、促進和推動著科學技術進步的重要作用。載人航天技術的發展，涉及繫統工程管理，自動控制技術，計算機技術，動力技術，材料和結構技術，環控生保技術，通信、遙感及測控技術，以及天文學、物理學、化學、生命科學、力學、地球科學和空間科學等諸多科學技術領域。在我國綜合國力不斷增強的今天，載人航天工程對促進中國科學技術的發展起到了積極的推動作用，是中國建設創新型國家的標志性工程之一。

我國航天事業已經進入了承前啟後、繼往開來、加速發展的關鍵時期。我國載人航天工程已經完成了三步走戰略的步和第二步階段的研制和飛行任務，突破了載人天地往返、空間出艙和空間交會對接技術，建立了比較完善的載人航天研發技術體繫，形成了完整配套的研制、生產、試驗能力。現在，我們正在進行空間站工程的研制工作。2020年前後，我國將建造由20噸級艙段為基本模塊構成的空間站，這將使我國載人航天工程進入一個新的發展階段。建造具有中國特色和時代特征的中國空間站，和平開發和利用太空，為人類文明發展和進步做出新的貢獻，是我們航天人肩負的責任和歷史使命。要實現這一宏偉目標，無論是在科學技術方面，還是在工程組織方面，都對我們提出了新的挑戰。

以圖書為代表的文獻資料既是載人航天工程的經驗總結，也是後續任務研發的重要支撐。為了順利實施這項國家重大科技工程，實現我國載人航天三步走的戰略目標，我們必須充分總結實踐成果，並充分借鋻國際同行的經驗，形成具有繫統性、前瞻性和實用性的，具有中國特色的理論與實踐相結合的載人航天工程知識文獻體繫。

《載人航天出版工程》的編輯和出版就是要致力於建設這樣的知識文獻體繫。書目的選擇是在廣泛聽取參與我國載人航天工程的各專業領域的專家意見和建議的基礎上確定的，其中專著內容涉及我國載人航天科研生產的技術成果，譯著源於世界著名的出版機構，力圖反映載人航天工程相關技術領域的當前水平和發展方向。

《載人航天出版工程》凝結了國內外載人航天專家學者的智慧和成果，具有較強的工程實用性和技術前瞻性，既可作為從事載人航天工程科研、生產、試驗工作的參考用書，亦可供相關專業領域人員學習借鋻。期望這套叢書有助於載人航天工程的順利實施，有利於中國航天事業的進一步發展，有益於航天科技領域的人纔培養，為促進航天科技發展、建設創新型國家做出貢獻。

2013年10月

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