液体运载火箭低温动力系统工程设计

目录 第1章运载火箭的发展及其动力系统1 1.1运载火箭的发展1 1.1.1运载火箭早期雏形1 1.1.2现代航天理论的建立1 1.1.3近现代运载火箭发展2 1.1.4我国航天运载火箭成就3 1.2液体运载火箭动力系统及其发展5 1.2.1液体运载火箭动力系统作用及组成5 1.2.2液体运载火箭动力系统发展特点6 第2章低温动力系统设计基础9 2.1热力学基础9 2.1.1系统及参数定义9 2.1.2热力学**定律10 2.1.3热力学第二定律12 2.1.4开口系统能量状态方程12 2.2流体力学基础13 2.2.1主要物性参数13 2.2.2流体运动的描述16 2.2.3流体力学控制方程19 2.2.4可压缩气体流体23 2.2.5两相及多相流体27 2.3低温流体传热传质29 2.3.1低温流体特性29 2.3.2传热与传质30 2.4微重力34 2.5燃烧理论基础37 2.5.1概述37 2.5.2燃烧过程及分类38 2.5.3液体燃烧分区39 第3章低温动力系统总体设计42 3.1设计范畴42 3.2系统特点42 3.3设计原则44 3.3.1总则44 3.3.2工程研制准则45 3.3.3“三化”设计准则45 3.3.4经济性准则45 3.3.5高可靠性准则46 3.3.6技术继承性与先进性准则46 3.3.7安全性准则46 3.4研制阶段47 3.4.1方案设计阶段47 3.4.2初样设计阶段47 3.4.3试样设计阶段48 3.5设计方法48 第4章低温液体火箭发动机49 4.1概述49 4.1.1液体火箭发动机基本组成49 4.1.2世界主要液体火箭发动机50 4.1.3液体火箭发动机发展趋势56 4.2发动机系统及其性能57 4.2.1火箭发动机系统57 4.2.2发动机系统分析58 4.3发动机对火箭总体性能影响61 第5章低温推进剂系统62 5.1系统设计特点62 5.2低温火箭发动机预冷63 5.2.1预冷方式63 5.2.2预冷方式比较66 5.2.3主要运载火箭预冷方式66 5.2.4发动机预冷方式需考虑的因素67 5.2.5预冷过程热分析69 5.3低温推进剂的热分层72 5.3.1热分层的影响73 5.3.2热分层研究的基本方法74 5.3.3湍流边界层下热分层计算75 5.3.4微重力下推进剂热力学分析79 5.3.5热分层抑制82 5.4低温推进剂加注设计83 5.4.1低温贮箱加注前置换84 5.4.2加注过程85 5.5低温推进剂管路87 5.5.1管路补偿设计88 5.5.2绝热方案设计90 5.6推进剂出流设计92 5.6.1典型夹气情况92 5.6.2无塌陷出流口设计95 5.6.3出流试验97 5.7涌泉现象及其抑制98 5.7.1涌泉的形成98 5.7.2涌泉的抑制100 第6章低温贮箱增压系统105 6.1增压系统功能及要求105 6.2贮箱增压方式分析106 6.3贮箱增压过程热力学分析112 6.3.1低温贮箱增压热力学过程112 6.3.2低温贮箱增压过程集总参数法113 6.3.3低温贮箱增压过程分布参数法122 6.4气瓶充放气过程热力学分析126 6.5贮箱需要增压压力分析130 6.5.1贮箱结构设计需要压力130 6.5.2发动机工作需要的压力131 6.5.3贮箱需要增压压力计算134 6.6增压气体质量估算136 6.7增压过程能量分配140 第7章低温火箭POGO抑制设计146 7.1POGO机理146 7.2POGO稳定性分析148 7.2.1传递函数模型149 7.2.2状态空间模型151 7.3低温火箭POGO抑制技术157 7.3.1膜盒式蓄压器POGO抑制159 7.3.2注气式蓄压器POGO抑制161 7.3.3主动式POGO抑制169 第8章低温动力系统供配气设计172 8.1供配气系统172 8.2供配气设计173 8.2.1设计准则173 8.2.2设计流程173 8.2.3用气量需求分析177 8.3气封吹除设计178 第9章低温动力系统仿真技术180 9.1动力系统仿真技术发展及应用180 9.1.1国外动力系统仿真工具发展181 9.1.2国内动力系统仿真工具发展201 9.2动力系统仿真模型204 9.2.1动力系统时域模型204 9.2.2动力系统频域模型213 9.3模块化通用仿真技术216 第10章低温动力系统试验技术218 10.1低温动力系统试验体系218 10.2低温动力系统试验方法219 10.2.1贮箱增压试验219 10.2.2发动机预冷试验221 10.2.3推进剂出流试验222 10.2.4涌泉抑制试验222 10.2.5POGO抑制试验222 10.2.6动力系统试车225 参考文献230