多次启动膏体火箭发动机设计(2)
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景1
1.2 国内外研究现状2
1.3 多次启动技术研究进展3
1.3.1 火箭发动机多次启动技术研究现状3
1.3.2 膏体火箭发动机多次启动技术3
1.4 研究内容及意义6
1.4.1 研究意义6
1.4.2 研究内容6
2 膏体推进剂流变特性研究7
2.1 流变模型概述7
2.2 流变测试及结果8
2.2.1流变测试试验系统8
2.2.2 流变测试结果11
2.3 管道挤出试验13
2.3.1 试验装置及工况13
2.3.2 试验结果及分析14
2.4 本章小结17
3 膏体火箭发动机点火及熄火研究18
3.1 发动机点火理论18
3.2 发动机熄火机理20
3.2.1 冷壁效应理论20
3.2.2 连锁反应理论21
3.3 本章小结21
4 膏体火箭发动机结构设计23
4.1总体结构设计23
4.2 防回火装置设计25
4.2.1 装置一26
4.2.2 装置二28
4.3 本章小结30
5 膏体发动机点火试验验证31
5.1 试验装置31
5.2 试验方法33
5.3 控制系统34
5.4本章小结35
结 论36
致 谢38
参 考 文 献39
1 绪论
1.1 研究背景
火箭发动机经过多年的迅猛发展，对推进剂的要求也越来越高。在保证推进剂高性能的同时，还要保证其安全性。虽然各国努力研制各种新型的固体，液体发动机。但是仍不能从根本上改变这两种发动机本身存在的缺点。难以满足大载荷比，推力可控性好，使用安全，结构简单等现代发动机的发展要求。
固体发动机结构简单，成本低，推进剂密度大，可靠性高，文护简便。但是比冲较低，工作时间短，推力难以调节。对于固体火箭发动机的这些缺点，国内外都进行了大量的研究，提出了很多方案，一些方案已经达到了实用水平，如美国的SRAM-11使用的就是双脉冲发动机。这些方案对固体火箭发动缺点的改进仍然有限，并不能让其推力自由随机调节。而且增加了发动机的复杂性。
液体火箭发动机能量密度大，比冲大，容易实现流量控制，可随时多次启动，但是其结构复杂，安全性较差。燃料不易贮存，且很多燃料有腐蚀性、毒性、具有易燃易爆等特点。
基于以上的原因，各国努力研制在技术上容易实现，性能上包括液体推进剂和固体推进剂优势于一身的新型火箭推进剂。这种新型的火箭推进剂首先由美国和前苏联率先研发。前苏联研究出这种新型推进剂由固体推进剂演变而来，近似于固体推进剂未固化彻底，一般称为膏体推进剂(Gelled Propellant)[1,2]，美国则研究出的新型推进剂由液体推进剂演变而来，将液体推进剂加入凝胶剂成为凝胶状，称之为凝胶推进剂(Gel Propellant)[3,4,5]。这两种推进剂的本质相同，国内统称为膏体推进剂。膏体推进剂使一种新型的火箭推进剂，是一种非固非液类似牙膏状的悬浮体，由普通推进剂加入大量的氧化剂，少量的凝胶剂，少量的金属粉末等混合而成，将其均匀混合后符合一定的性能。它属于非牛顿流体，静态时类似于固体，施加一定的压力后可以像液体一样流动[6,7]。
膏体推进剂综合了液体推进剂和固体推进剂的优点。它在贮存时像固体推进剂那样稳定性好，加压后又可以流动像液体推进剂。而且不泄露，不爆炸，安全可靠。膏体火箭发动机也可以像液体发动机那样自由调节推力，可以多次开关机。膏体推进剂不仅拥有了固体和液体推进剂的优势而且极大改善、提高了火箭发动机的主要技术性能。