基本介紹
- 中文名：推進劑供應系統
- 外文名：propellant feed system
作用,系統組成,分類,擠壓式供應系統,泵壓式供應系統,
作用
推進劑供應系統的功用是將貯箱中的推進劑按照要求的流量和壓力輸送到推力室中。推進劑供應系統一般分為兩大類：一類是擠壓式供應系統，簡稱擠壓式系統；另一類是泵壓式供應系統，簡稱泵壓式系統。擠壓式系統由高壓氣體建立供應壓力；泵壓式系統主要由泵建立供應壓力。為了使泵不產生氣蝕，泵壓式系統也需要一定的貯箱壓力．但其壓力值比擠壓系統低得多。
推進劑供應系統有兩個主要功能：提高推進劑的壓力；把推進劑輸送到一個或多個推力室。完成這些功能所需的能量要么來自於高壓氣體或離心泵，要么同時來自於這兩者。具體供應系統及其組件的選擇主要取決於發動機的用途、本章一開始提到的發動機要求、工作時間、推力室數目或類型、以往研製經驗、任務以及對發動機的一般要求(方案簡單、容易製造、成本低、質量小)。所有供應系統都包括管路、多個閥門、用於加注和排放推進劑的裝置以及用於啟動、關機、調節流量和工況的控制裝置。
一般來說，當總沖或推進劑量相對較小、室壓較低、發動機推重比較小(小於0．6)、需要反覆的短脈衝工作時，採用擠壓式供應系統的飛行器的性能要優於泵壓式系統，這種情況下發動機系統的主要死重通常是厚壁推進劑貯箱和氣瓶的質量。在泵壓式系統中，推進劑貯箱壓力要低得多(相差10～40倍)，因此貯箱質量要小很多(同樣也相差10～40倍)。當總沖較大(速度增量大)、室壓較高時，通常採用泵壓式系統的飛行器性能更好。
系統組成
推進劑供應系統是液體火箭發動機的重要組成部分，主要包括貯存和產生增壓氣體的裝置、推進劑升壓裝置、輸送管路、各種閥門及流量或壓力調節裝置等。
推進劑供應系統組成部分的範圍並沒有嚴格的劃分方法。一般以以下事實來區分供應系統組成部分的范同：若貯箱及其增壓系統由發動機設計和生產部門提供，則把貯箱及其增壓系統作為發動機供應系統的組成部分；若貯箱及其增壓系統由運載火箭設計和生產部門提供，則把它作為運載火箭的組成部分。習慣上，把擠壓式系統的貯箱及其增壓系統作為發動機供應系統的組成部分。
分類
擠壓式供應系統
推進劑供應系統器後進入貯箱，將推進劑從貯箱擠壓到推力室。推進劑的流量由減壓器所調定的壓力控制。從高壓氣瓶輸出的氣體也可經加熱後再使用，以節省用氣量和減輕氣瓶重量。在失重條件下工作的發動機，貯箱內的推進劑有時裝在彈性貯囊內，高壓氣體擠壓貯囊以保證推進劑的連續供應。
擠壓式供應系統結構簡單，工作可靠，但由於推進劑貯箱要承受高壓，因而貯箱結構質量較大。這種系統適合於小推力、短時間工作及多次啟動的發動機。
擠壓物質利用率為有效氣體質量與擠壓物質總質量的比值。擠壓物質利用率越高，表示擠壓物質的利用越充分。
在選擇擠壓物質時，要遵循以下幾個原則：
①擠壓物質與推進劑和貯箱材料要有良好的相容性。
②擠壓系統的質量和尺寸儘可能小。擠壓物質密度要大，從而只需要較小體積的容器。
③擠壓氣體的擠壓能力要大。擠壓能力定義為貯箱擠壓氣體壓力與擠壓氣體體積的乘積。由氣體狀態方程可知，擠壓氣體的分子量越小，溫度越高，則一定質量氣體的擠壓能力就越大。
按照擠壓氣體的來源，通常將擠壓式系統分為貯氣系統、液體汽化系統和化學反應系統三種主要類型。
泵壓式供應系統
通常由渦輪泵、燃氣發生器、火藥起動器等組成。渦輪泵將推進劑輸入推力室。渦輪泵是渦輪與泵的組合裝置，還包括軸承、密封件和齒輪等。渦輪由燃氣發生器生成的燃氣或其他氣源驅動（見動力循環），通常採用衝擊式渦輪，結構簡單，重量輕。在閉式動力循環中則採用低壓比反力式渦輪。氧化劑泵和燃料泵可由同一渦輪驅動，也可分別由兩個渦輪驅動。渦輪與泵同軸或通過齒輪傳動，以便在高轉速下獲得較高效率。液體火箭發動機大都採用離心泵，單級壓頭高，結構簡單。高壓液氫泵採用多級離心泵或多級軸流泵。為了防止泵在工作中發生氣蝕（在流道中當液體靜壓低於當地溫度下的飽和蒸汽壓 時產生的氣穴現象），須對推進劑貯箱增壓，以提高泵的入口壓力。貯箱增壓按氣源可分為貯氣增壓、自生增壓和化學增壓。貯氣增壓用貯存在高壓氣瓶中的氣體作增壓氣源。自生增壓是將低沸點的推進劑從泵後某處分流經換熱器加熱氣化，或從燃氣發生器抽出一部分燃氣經換熱器降溫而獲得增壓氣源。化學增壓是在自燃推進劑的一種組元的貯箱內注入少量另一組元，在貯箱內發生化學反應生成燃氣，用於增壓。為了提高泵的抗氣蝕性能，通常在離心泵前安裝誘導輪或在泵前增設增壓泵。燃氣發生器的結構與燃燒室類似，利用雙組元推進劑的化學反應或單組元推進劑的分解而生成燃氣。雙組元燃氣發生器所用的推進劑通常與推力室用的相同，但兩推進劑組元的混合比偏離發動機額定值較遠，以防止燃氣溫度過高而損壞渦輪葉片。火藥起動器是使用固體推進劑的燃氣發生器。點火裝置將固體藥柱點燃，生成燃氣驅動渦輪，工作時間很短，用於發動機起動。還可用其他起動方式，如用增壓氣體或液體推進劑起動箱和推進劑貯箱壓頭起動等。
推進劑供應系統
推進劑供應系統供應系統方案的選擇取決於燃燒室的壓力、推力和起動次數等。擠壓式供應系統用於低燃燒室壓力、小推力和起動頻繁的發動機，如姿態控制發動機等。推力較大的助推發動機和主發動機大都採用泵壓式供應系統。
