氢氧火箭发动机及其低温技术PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1 氢——最清洁的高能化学燃料 1

1.2 氢氧火箭发动机在航天领域占有重要地位 4

1.3 氢氧火箭发动机的发展动向 9

1.3.1 彻底实现氢氧火箭发动机的重复使用 9

1.3.2 降低天地往返运输系统的发射成本 9

1.3.3 发展三组元火箭发动机 10

1.3.4 星际航行将会对氢氧火箭发动机提出更多的要求 13

第2章 氢氧火箭发动机系统评述 15

2.1 氢氧火箭发动机系统的特点 15

2.2 燃气发生器动力循环系统 17

2.3 分级燃烧动力循环系统 20

2.4 氢膨胀动力循环系统 25

2.4.1 氢膨胀动力循环系统的工作原理 25

2.4.2 全流量氢膨胀动力循环系统 26

2.4.3 部分流量氢膨胀动力循环系统 33

2.5 具有功率冗余的高可靠火箭动力系统设计 37

2.5.1 高可靠火箭动力系统设计 38

2.5.2 动力系统的功率冗余方案可靠性计算 40

第3章 氢氧火箭发动机的总体设计 43

3.1 总装连接件的温度应力 45

3.2 总装连接件内的应力分析 47

3.2.1 剪切应力下工作的螺纹拧紧力矩计算 49

3.2.2 弯曲应力下工作的螺纹拧紧力矩计算 51

3.3 低温发动机总体结构设计 54

3.3.1 氢氧火箭发动机的结构绝热问题 55

3.3.2 总装管路、活门等布局设计 57

3.3.3 氢氧火箭发动机的结构振动问题 60

3.4 总装密封件 61

3.4.1 柔性石墨垫圈 62

3.4.2 法兰连接的密封件 64

3.4.3 焊接连接 69

3.5 氢氧火箭发动机的质量分析和估计 70

3.5.1 氢氧推力室的质量分析和估计 70

3.5.2 氢氧涡轮泵的质量估计 71

3.5.3 发动机其他部件的质量估计 74

第4章 氢氧火箭发动机的起动技术 78

4.1 发动机起动前的系统吹除、置换和气封 78

4.1.1 系统吹除 78

4.1.2 系统置换 79

4.1.3 气封 80

4.2 起动前的预冷问题 81

4.2.1 预冷的目的和要求 81

4.2.2 氢氧火箭发动机预冷时间τ1的估算 82

4.2.3 预冷系统的设计 85

4.3 发动机起动技术方案的选择 88

4.3.1 外能源起动涡轮泵方案 88

4.3.2 自身起动涡轮泵方案 92

4.4 空中再起动技术 94

4.4.1 火箭滑行中的推进剂管理 94

4.4.2 再起动前的发动机预冷要求 98

4.5 不预冷推力室的发动机起动技术 101

第5章 氢氧推力室和燃气发生器 102

5.1 氢氧推力室的设计特点 102

5.2 大推力高室压氢氧喷注器工作稳定性问题 108

5.2.1 超临界压力下液氧的热物理特性变化影响喷注器不稳定工作的敏感性 108

5.2.2 氧喷注器内单相流体的声速计算 109

5.3 氢氧推力室的冷却和传热计算 112

5.3.1 氢的对流换热系数计算 113

5.3.2 冷却套内压力损失的计算 115

5.3.3 喷注器面板的发汗冷却 117

5.3.4 氢氧燃气向壁的传热 118

5.4 氢氧的点火技术 120

5.4.1 电能点火器 121

5.4.2 火药点火器 122

5.4.3 气动力谐振点火器 123

5.5 氢氧推力室的喷管 127

5.5.1 大面积比喷管的设计要求 127

5.5.2 大面积比喷管的冷却 129

5.5.3 氢氧芯级火箭上喷管设计的特点 132

5.6 氢氧燃气发生器 136

5.6.1 氢氧燃气发生器研制的经验和教训 136

5.6.2 燃气发生器与副系统耦合振荡燃烧问题 138

5.6.3 关机程序和氧头腔吹除残留的氧 139

第6章 氢氧涡轮泵 141

6.1 液氢泵的设计技术 141

6.1.1 泵的一般理论 141

6.1.2 液氢泵设计的几个特点 150

6.1.3 泵的相似理论和比转速 155

6.1.4 泵的效率分析 160

6.2 液氢泵的试验技术 167

6.2.1 液氢泵试验中存在的问题 167

6.2.2 液氢泵试验的模拟介质研究 170

6.2.3 液氢泵模拟介质试验数据比较 172

6.2.4 模拟介质试验数据处理中应注意的问题 176

6.2.5 关于多级液氢泵的特性试验 178

6.3 氢氧燃气涡轮 182

6.3.1 涡轮工质的热力学参数选择 183

6.3.2 涡轮的气动力参数计算 185

6.4 涡轮转子动力学的基本概念 191

6.4.1 刚性轴和柔性轴 192

6.4.2 转子的进动 195

6.5 低温高速滚珠轴承 200

6.5.1 高速轴承工作的几个重要参数 200

6.5.2 液氢高速轴承的保持架问题 208

6.5.3 液氢轴承的冷却问题 211

6.5.4 滚珠轴承的Dn值 214

6.5.5 液氢轴承使用中的几个特殊问题 215

6.6 氢氧涡轮泵上的动密封 217

6.6.1 氢氧涡轮泵动密封的特点 217

6.6.2 端面动密封的工况分析 219

6.6.3 非接触式动密封 222

6.6.4 组合式动密封 225

6.7 超低温高速齿轮传动 227

6.7.1 超低温高速齿轮传动的应用 227

6.7.2 超低温高速齿轮的工作特点 230

第7章 氢氧低温活门和自动器 235

7.1 氢氧低温活门和自动器的一般介绍 235

7.2 低温活门密封件设计的弹性力学基础 237

7.2.1 菌形活门密封比压设计的弹性力学基础 238

7.2.2 球形活门密封比压设计理论 243

7.2.3 活门工作寿命的理论基础 245

7.2.4 影响活门密封件寿命的因素分析 246

7.2.5 低温活门密封件工作寿命的评估 249

7.3 低温活门上的波纹管设计 251

7.3.1 波纹管的轴向刚度计算 252

7.3.2 波纹管临界失稳压力的计算 256

7.4 氦气减压器 257

7.4.1 氦气减压器的用途 257

7.4.2 减压器的工作特性 258

7.4.3 氦气减压器使用中应注意的问题 263

7.5 低温流量控制器——汽蚀文氏管 265

7.5.1 不可压缩流体汽蚀文氏管的设计理论 266

7.5.2 伯努利方程的建立 267

7.5.3 几点说明 268

7.5.4 液氢汽蚀文氏管的设计 269

7.5.5 高室压大推力氢氧火箭发动机的流量控制问题 270

第8章 氢的安全使用技术 274

8.1 高压氢气瓶的泄漏危险 274

8.2 氢的着火、爆燃和爆轰 276

8.3 氢的安全排放技术 279

8.3.1 氢气流中的静电积累 279

8.3.2 氢排放系统中的着火事故分析 280

8.3.3 氢的安全排放管路设计 282

8.3.4 低温氢排放的几个特殊问题 283

8.4 氢的安全处理和防护 286

8.4.1 液氢贮箱系统的吹洗和置换 286

8.4.2 防护措施 287

第9章 液氢输送系统的绝热问题 289

9.1 液氢低温绝热的一般介绍 289

9.1.1 氢氧火箭上的液氢供应系统的低温绝热问题 289

9.1.2 地面试车台液氢供应系统的低温绝热问题 290

9.2 真空绝热 291

9.3 多层缠绕的真空超绝热 297

9.4 氢氧火箭发动机的绝热问题 302

9.4.1 绝热的目的和任务 302

9.4.2 泡沫塑料绝热材料的性能要求 303

9.4.3 热固性聚氨酯硬质泡沫塑料绝热 306

9.4.4 热塑性泡沫塑料绝热方案 310

第10章 液氢的生产、贮存和运输 315

10.1 液氢生产成本分析 315

10.2 液氢生产能力的确定 317

10.2.1 液氢用量分析和统计 317

10.2.2 液氢生产能力的确定 319

10.3 液氢生产工艺流程的优化 321

10.4 液氢的长期贮存问题 326

10.4.1 “电冰箱工作原理”用于解决液氢中短期贮存问题 326

10.4.2 采用其他载体吸附氢的贮存问题 330

10.5 液氢的运输问题 333

参考文献 337