航天推进技术

第1章 绪 论 ……………………………………………………… 1
1.1 引言 …………………………………………………………… 1
1.2 液体推进技术 ………………………………………………… 2
1.2.1 液体火箭发动机的发展 ………………………………… 2
1.2.2 液体火箭发动机分类 …………………………………… 3
1.2.3 液体火箭发动机组成 …………………………………… 7
1.3 特种推进技术 ……………………………………………… 10
参考文献 …………………………………………………………… 12
第2章 常规推进剂发动机技术 …………………………………… 13
2.1 引言 ………………………………………………………… 13
2.2 主级发动机 ………………………………………………… 14
2.2.1 LR 87 AJ 11发动机……………………………… 15
2.2.2 维金5发动机 ………………………………………… 18
2.2.3 YF 20发动机 ………………………………………… 20
2.2.4 RD 253发动机 ……………………………………… 22
2.3 上面级发动机 ……………………………………………… 32
2.3.1 LR 81 BA 9发动机 ……………………………… 32
2.3.2 AJ 10 137发动机 ………………………………… 33
2.4 姿态控制发动机 …………………………………………… 34
2.4.1 R 4D发动机 ………………………………………… 34
2.4.2 YF 80发动机 ………………………………………… 36
2.4.3 FY 81发动机 ………………………………………… 38
2.4.4 DK600 3发动机……………………………………… 39
参考文献 …………………………………………………………… 40
第3章 低温发动机技术 …………………………………………… 41
3.1 引言 ………………………………………………………… 41
3.2 液氧/煤油发动机 …………………………………………… 45
3.2.1 发动机系统 …………………………………………… 47
3.2.2 燃气发生器循环发动机 ……………………………… 58
3.2.3 补燃循环发动机 ……………………………………… 80
3.2.4 发展趋势分析 ………………………………………… 91
3.3 液氧/液氢发动机 …………………………………………… 93
3.3.1 发动机系统 …………………………………………… 98
3.3.2 燃气发生器循环发动机 ……………………………… 101
3.3.3 补燃循环发动机 ……………………………………… 109
3.3.4 膨胀循环发动机 ……………………………………… 118
3.3.5 发展趋势分析 ………………………………………… 124
3.4 液氧/甲烷发动机 ………………………………………… 126
3.4.1 发动机系统 …………………………………………… 130
3.4.2 发动机研制现状 ……………………………………… 139
3.4.3 发展趋势分析 ………………………………………… 145
3.5 低温发动机的关键技术 …………………………………… 146
3.6 低温发动机的发展趋势 …………………………………… 154
参考文献 ………………………………………………………… 158
第4章 变推力发动机技术 ……………………………………… 161
4.1 引言 ………………………………………………………… 161
4.2 发动机变推力途径 ………………………………………… 164
4.3 针栓式变推力发动机 ……………………………………… 170
4.3.1 发动机系统方案 ……………………………………… 170
4.3.2 针栓式喷注器 ………………………………………… 178
4.3.3 流量调节器 …………………………………………… 194
4.3.4 国内外研究现状 ……………………………………… 197
4.4 燃气发生器循环变推力发动机 …………………………… 205
4.4.1 发动机系统 …………………………………………… 205
4.4.2 推力调节方案比较 …………………………………… 208
4.5 应用前景 …………………………………………………… 225
参考文献 ………………………………………………………… 226
第5章 过氧化氢推进技术 ……………………………………… 228
5.1 引言 ………………………………………………………… 228
5.2 过氧化氢特性及应用 ……………………………………… 228
5.2.1 过氧化氢特性 ………………………………………… 228
5.2.2 过氧化氢应用 ………………………………………… 230
5.3 单组元发动机技术 ………………………………………… 235
5.3.1 关键技术 ……………………………………………… 235
5.3.2 国外研究现状 ………………………………………… 239
5.3.3 国内研究现状 ………………………………………… 241
5.4 双组元发动机技术 ………………………………………… 243
5.4.1 发动机系统方案 ……………………………………… 244
5.4.2 发动机循环方式 ……………………………………… 245
5.4.3 推力室点火方式 ……………………………………… 250
5.4.4 多次起动技术 ………………………………………… 253
5.4.5 推力室 ………………………………………………… 255
5.4.6 涡轮泵 ………………………………………………… 256
5.5 展望 ………………………………………………………… 258
参考文献 ………………………………………………………… 260
第6章 凝胶推进技术 …………………………………………… 262
6.1 引言 ………………………………………………………… 262
6.2 凝胶推进剂 ………………………………………………… 262
6.2.1 凝胶推进剂的分类 …………………………………… 263
6.2.2 凝胶推进剂的性能 …………………………………… 264
6.2.3 凝胶推进剂的制备 …………………………………… 266
6.2.4 国内外研究现状 ……………………………………… 268
6.3 凝胶推进剂发动机 ………………………………………… 277
6.3.1 工作原理 ……………………………………………… 277
6.3.2 优势对比 ……………………………………………… 278
6.3.3 关键技术 ……………………………………………… 282
6.4 应用前景 …………………………………………………… 285
6.4.1 运载火箭 ……………………………………………… 285
6.4.2 战术导弹 ……………………………………………… 287
参考文献 ………………………………………………………… 289
第7章 冲压发动机技术 ………………………………………… 293
7.1 引言 ………………………………………………………… 293
7.2 亚燃冲压发动机 …………………………………………… 295
7.2.1 工作原理 ……………………………………………… 295
7.2.2 结构组成 ……………………………………………… 296
7.2.3 发展阶段 ……………………………………………… 309
7.2.4 一体化设计 …………………………………………… 315
7.3 超燃冲压发动机 …………………………………………… 317
7.3.1 工作原理 ……………………………………………… 317
7.3.2 发展阶段 ……………………………………………… 317
7.3.3 关键技术 ……………………………………………… 318
参考文献 ………………………………………………………… 325
第8章 组合推进技术 …………………………………………… 327
8.1 引言 ………………………………………………………… 327
8.2 火箭基组合循环推进系统 ………………………………… 328
8.2.1 工作原理 ……………………………………………… 328
8.2.2 发动机分类 …………………………………………… 330
8.2.3 结构组成 ……………………………………………… 332
8.2.4 性能优势 ……………………………………………… 333
8.2.5 主要用途 ……………………………………………… 334
8.2.6 研究现状 ……………………………………………… 338
8.3 涡轮基组合循环推进系统 ………………………………… 355
8.3.1 工作原理 ……………………………………………… 355
8.3.2 发动机分类 …………………………………………… 358
8.3.3 结构组成 ……………………………………………… 358
8.3.4 性能计算 ……………………………………………… 359
8.3.5 性能优势 ……………………………………………… 362
8.3.6 主要用途 ……………………………………………… 363
8.3.7 研究现状 ……………………………………………… 366
8.4 预冷吸气式组合推进系统 ………………………………… 375
8.4.1 工作原理 ……………………………………………… 375
8.4.2 发动机分类 …………………………………………… 377
8.4.3 结构组成 ……………………………………………… 378
8.4.4 性能优势 ……………………………………………… 380
8.4.5 主要用途 ……………………………………………… 380
8.4.6 研究现状 ……………………………………………… 382
参考文献 ………………………………………………………… 396
第9章 电推进技术 ……………………………………………… 401
9.1 引言 ………………………………………………………… 401
9.2 电热式推力器 ……………………………………………… 406
9.2.1 电阻加热推力器 ……………………………………… 406
9.2.2 电弧加热推力器 ……………………………………… 411
9.3 电磁式推力器 ……………………………………………… 423
9.3.1 脉冲等离子体推力器 ………………………………… 424
9.3.2 稳态等离子体推力器 ………………………………… 435
9.3.3 可变比冲磁等离子体推力器 ………………………… 448
9.4 静电式推力器 ……………………………………………… 455
9.4.1 氙离子推力器 ………………………………………… 455
9.4.2 场效应静电推力器 …………………………………… 468
参考文献 ………………………………………………………… 481
第10章 基于 MEMS的微推进技术 …………………………… 483
10.1 引言 ……………………………………………………… 483
10.2 MEMS微推进的基本原理 ……………………………… 486
10.2.1 MEMS加工技术 …………………………………… 487
10.2.2 MEMS的微型组件 ………………………………… 491
10.2.3 MEMS的微推进系统 ……………………………… 497
10.3 MEMS微推进的性能计算 ……………………………… 501
10.3.1 MEMS的微型致动器 ……………………………… 501
10.3.2 MEMS的电阻加热推力器性能 …………………… 504
10.3.3 MEMS的双组元推力器性能 ……………………… 505
10.4 MEMS微推进的研究现状 ……………………………… 507
10.4.1 MEMS的微型泵发展现状 ………………………… 508
10.4.2 MEMS的微型阀发展现状 ………………………… 510
10.4.3 MEMS的微推力器发展现状 ……………………… 513
参考文献 ………………………………………………………… 518
第11章 其他特种推进技术 ……………………………………… 520
11.1 引言 ……………………………………………………… 520
11.2 核推进技术 ……………………………………………… 520
11.2.1 核裂变推进技术 …………………………………… 520
11.2.2 核聚变推进技术 …………………………………… 527
11.2.3 反物质推进技术 …………………………………… 528
11.3 太阳能热推进技术 ……………………………………… 529
11.3.1 工作原理 …………………………………………… 529
11.3.2 特点及应用 ………………………………………… 532
11.3.3 研究现状 …………………………………………… 533
11.4 太阳帆推进技术 ………………………………………… 538
11.4.1 原理及组成 ………………………………………… 538
11.4.2 特点及应用 ………………………………………… 541
11.4.3 研究现状 …………………………………………… 542
11.5 脉冲爆震推进技术 ……………………………………… 543
11.5.1 工作原理 …………………………………………… 543
11.5.2 特点及应用 ………………………………………… 545
11.5.3 研究现状 …………………………………………… 546
11.6 其他新型推进技术 ……………………………………… 546
11.6.1 高能推进剂技术 …………………………………… 546
11.6.2 绳系推进技术 ……………………………………… 547
11.6.3 束能推进技术 ……………………………………… 548
11.6.4 等离子体帆推进技术 ……………………………… 548
参考文献 ………………………………………………………… 550