【摘 要】
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长征五号是我国新一代大型运载火箭(代号CZ-5),芯级捆绑四个助推器,每个助推器配置两台并联的液氧煤油高压补燃发动机.本文对国内外运载火箭的故障模式进行分析,结合CZ-5火箭
【机 构】
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西安航天动力研究所,西安航天动力研究所液体火箭发动机技术重点实验室
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长征五号是我国新一代大型运载火箭(代号CZ-5),芯级捆绑四个助推器,每个助推器配置两台并联的液氧煤油高压补燃发动机.本文对国内外运载火箭的故障模式进行分析,结合CZ-5火箭首飞实际情况,提出了助推动力系统风险规避应采取的措施.针对CZ-5火箭助推级和芯一级发动机起动点火的特点,分析了CZ-5火箭首次发射中的异型发动机点火匹配特性.简述了YF-100系列液氧煤油发动机的研制历程、技术特征和热环境适应性,重点分析了发动机在可重复使用和大范围推力调节方面的潜力.对比了国内外液氧煤油补燃循环发动机的推重比性能,分析了不同发动机推重比对火箭运载能力的影响,总结了提高发动机性能的措施(如采用泵后摆技术、选用高强度轻质化材料等).提出了新一代液氧煤油发动机必须在满足高可靠性的前提下,追求高性能、高推重比、降低成本和增强适应性的后续改进方向.
其他文献
采用正交试验方法,研究了固溶温度、时效温度和时效时间对φ6.5 mm Ti-1300F合金丝材室温拉伸性能和显微组织的影响。结果表明:经α+β两相区固溶+时效处理后,合金的显微组织由细小等轴初生α相、弥散针状次生α相和β基体组成。时效温度对合金强度和塑性的影响最为显著,固溶温度次之,时效时间的影响最小。根据试验结果对热处理工艺进行了优化,经(760~790)℃/1 h,WQ+(500~540)℃/4 h,AC处理后,Ti-1300F合金丝材获得强度和塑性的良好匹配。
介绍了Ti-Mg复合材料的主要制备方法——粉末冶金法、铸造法、热旋转锻造法、离子注入法和分离熔体沉积法(DMD)等,分析了这些制备方法制备复合材料的特点,总结了这些制备方法在最佳实验参数下所对应的复合材料的力学性能。重点介绍了粉末冶金法和铸造法制备Ti-Mg复合材料原理和优缺点,最后总结并展望了医用Ti-Mg复合材料未来的发展前景。
研究了TiB纤维分布的均匀性对钛基复合材料拉伸力学性能的影响。通过采用不同尺寸的钛粉与硼粉混合后进行放电等离子烧结,获得了含有TiB纤维近均匀分布和非均匀分布的钛基复合材料;并通过有限元模拟建立了纤维均匀和非均匀分布的复合材料模型。对材料的拉伸实验表明,TiB纤维的分布对钛基复合材料的杨氏模量和抗拉强度的影响较小,但纤维分布的均匀性越差,复合材料的拉伸塑性越低。并且,随着TiB纤维体积分数的增加,2类复合材料的塑性差异增大。当TiB体积分数为10%时,近均匀复合材料的伸长率为14.8%,远高于非均匀复合材
针对TA15钛合金T形截面环锻件探伤时局部出现的底波衰减现象,进行了显微组织与超声波衰减关系的研究。利用光学显微镜对底波衰减强度不同区域进行了显微组织对比,利用电子背散射衍射(EBSD)技术表征不同超声底波强度区域α相的晶体取向分布及规律,并对晶体取向占比进行了统计,探讨了底波衰减的根本原因。结果表明,底波衰减部位对应的条状α相数量多,其方向与超声波传递方向平行,这些条状α相对应(0001)晶面,导致超声波的传播方向与晶体c轴垂直,材料散射作用较强,底波衰减明显。此外,底波衰减部位β转变组织中次生片状α相
流量调节器管路系统在小流量大压降工况下会出现低频自激振荡现象。为了深入认识自激振荡产生机理,结合某稳流型流量调节器及管路系统,基于流量调节器弹簧振子动力学模型开展数值仿真研究。数值仿真得出自激振荡频率为94Hz,与发动机试验结果一致。分析了流量调节器结构参数对系统稳定性的影响作用,三角形滑阀节流口能够抑制管路系统自激振荡。自激振荡产生机理是液动力随滑阀节流口型面振荡,并对管路系统形成正反馈作用,当流量调节器综合刚度系数<0时,管路系统就失稳产生振荡。某流量调节器的负载特性试验表明,随着流量调节器压降
采用放电等离子烧结炉在1200~1350℃下对Ti-48Al-2Nb-2Cr预合金粉末和多层氧化石墨烯组成的混合粉末进行烧结,研究了烧结温度对石墨烯增强的TiAl基复合材料组织演变及压缩性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料组织由近γ等轴晶组织逐渐向全片层组织转变,在室温下复合材料组织对其抗压强度和断裂应变的影响较小,而在850℃/0.001 s-1压缩条件下,不同组织的复合材料抗压强度和断裂应变发生显著变化,其中1300℃下烧结获得的细小全片层组织具有最高的高温抗压强度和断裂应变。烧结温度对
采用放电等离子烧结技术(SPS),制备石墨烯纳米片(GNPs)、硼粉(B)增强TC4钛基复合材料(TiMCs)。利用扫描电镜、拉曼光谱对混合粉末以及烧结后材料的组织进行了研究。利用维氏硬度仪对复合材料进行硬度测试。结果表明:GNPs和B与基体原位反应生成TiC颗粒(TiCp)和TiB晶须(TiBw)构成的非连续网状结构能有效细化晶粒,使晶粒粒径从118.8μm减小到33.1μm。GNPs和B的加入可以显著提高材料的维氏硬度,GNPs/TC4和(GNPs+B)/TC4复合材料的维氏硬度分别为3.91和4.1
基于多物理场活化烧结微成形技术(Micro-FAST)对TC4钛合金球形粉末进行烧结,制备出内径2 mm、外径4 mm、厚度1.5 mm的非标微型圆螺母零件,并研究了保温时间对烧结试样的致密化程度和力学性能的影响。在烧结温度1000℃、升温速率30℃/s、外压力75 MPa的条件下,当保温时间为360 s时试样的相对密度和平均纳米硬度最高,分别达到98.3%和6.699 GPa。适当地延长保温时间可以大幅减少烧结试样表面残余孔洞的数量,降低孔隙率,使微观组织更加均匀,从而提高致密化程度和力学性能。
为确定多声学模态压力振荡条件下带有1/4波长管声腔推力室的声学振型及其阻尼特性,揭示1/4波长管声腔对推力室压力振荡的抑制作用机理,对有声腔推力室和无声腔推力室进行近圆周壁面的定容弹激励仿真,激发了多模态的声学振型,给出了推力室压力分布的时空演化,并采用半带宽法定量评价每个激发声学振型的阻尼特性。结果表明:1/4波长管声腔成功抑制了目标振型(一阶切向振型)压力振荡,大幅度减小其幅值,而不是大幅度增加其半带宽,但可能增强其它非目标振型的压力振荡。声腔通过削弱目标振型波峰波谷压力差、声腔入口漩涡和增加壁面面积
针对未来航天主发动机的应用需求,提出了一种燃料供应系统采用开式循环、氧化剂供应系统采用分级燃烧闭式循环的半开式富氧补燃混合循环发动机系统方案,综合分析了这种新型混合循环发动机所能达到的比冲性能,对比分析了新型混合循环发动机作为可重复使用航天运载器主发动机相比于开式循环和常规补燃循环、全流量补燃循环发动机的优缺点,针对推力为100t级的液氧煤油混合发动机的系统进行计算和分析。结果表明,新型混合循环发动机在主燃烧室压力26.5MPa下,海平面比冲可以达到303s,可以以较小的比冲性能损失为代价,实现涡轮泵介质