運載火箭液氧煤油增壓輸送

本書系統而詳盡地描述了運載火箭液氧煤油增壓輸送系統，結合新一代運載火箭研製的工程實踐，介紹了相關工程實現方案。主要內容包括增壓輸送系統設計和仿真分析、液氧煤油發動機預冷、動力系統總裝、低溫推進劑縱向耦合振動(POGO)、低溫閥門及系統可靠性設計等。根據新一代液氧煤油火箭增壓輸送系統的特點，給出了系統的增壓計算和仿真模型，對低溫預冷、動力總裝、閥門設計、POGO抑制等相關技術進行了深入研究，形成了一套相對完整的液氧煤油增壓輸送系統設計理論體系、關鍵技術和主要產品等的系統論述。本書可作為從事運載火箭增壓輸送系統設計工作的工程技術人員和研究人員的參考書，也可作為相關專業研究生和本科生的教材

基本介紹

  • 書名：運載火箭液氧煤油增壓輸送
  • 作者：張衛東
  • ISBN：978-7-5159-1113-7
  • 頁數：828 
  • 定價：￥180.00
  • 出版時間： 2016.5
  • 裝幀：精裝
  • 開本：48
  • 字數：430千字
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本書是一本不可多得的液氧煤油增壓輸送系統，對低溫預冷、動力總裝、閥門設計、POGO抑制等相關技術進行了深入研究，形成了一套相對完整的液氧煤油增壓輸送系統設計理論體系、關鍵技術和主要產品等的系統論述。

圖書目錄

第1章緒論 …………………………………………………………………………………… 1
1.1引言
…………………………………………………………………………………… 1
1.2增壓輸送系統
………………………………………………………………………… 1
1.3增壓系統概述
………………………………………………………………………… 3
1.
3.1自生增壓系統 …………………………………………………………………… 5
1.
3.2惰性氣體增壓系統 ……………………………………………………………… 6
1.
3.3預增壓系統 ……………………………………………………………………… 8
1.4輸送系統概述
………………………………………………………………………… 8
1.4.1輸送系統
………………………………………………………………………… 9
1.
4.2防漩防塌裝置 …………………………………………………………………… 10
1.
5增壓輸送系統試驗 …………………………………………………………………… 11
1.
6液氧煤油火箭增壓輸送系統 ………………………………………………………… 12
1.
6.1液氧煤油發動機概述 …………………………………………………………… 12
1.
6.2液氧煤油火箭增壓輸送系統設計 ……………………………………………… 14
1.
6.3發動機預冷系統 ………………………………………………………………… 16

  1. 6.4低溫推進劑加注 …………………………………………………………………16
第2章液氧自生增壓系統 ………………………………………………………………… 19
2.1引言
…………………………………………………………………………………… 19
2.
2自生增壓方案概述 …………………………………………………………………… 19
2.
2.1國外火箭液氧自生增壓方案 …………………………………………………… 19
2.
2.2國內液氧煤油高壓補燃發動機增壓方案 ……………………………………… 21
2.
3自生增壓系統組成 …………………………………………………………………… 21
2.
4自生增壓系統設計 …………………………………………………………………… 22
2.4.1系統設計
………………………………………………………………………… 22
2.
4.2氧系統自生增壓模型 …………………………………………………………… 24
2.
5液氧自生增壓系統試驗 ……………………………………………………………… 34
2.
5.1氧系統冷流試驗 ………………………………………………………………… 35
2.
5.2動力系統熱試車 ………………………………………………………………… 36
第3章氦氣增壓系統 ……………………………………………………………………… 38
3.1引言
…………………………………………………………………………………… 38
3.2氦氣增壓
……………………………………………………………………………… 38
3.
2.1常溫氦增壓方案 ………………………………………………………………… 38
3.
2.2冷氦增壓方案 …………………………………………………………………… 39
3.
2.3超臨界氦增壓方案 ……………………………………………………………… 42
3.
3氦氣增壓系統設計 …………………………………………………………………… 45
3.3.1
“開式 ”氦氣增壓系統 ………………………………………………………… 45
3.3.2
“閉式 ”氦氣增壓系統 ………………………………………………………… 46
3.
3.3預增壓系統及補壓系統設計 …………………………………………………… 48
3.4氦氣增壓計算
………………………………………………………………………… 48
3.
4.1氣瓶放氣過程計算 ……………………………………………………………… 48
3.
4.2增壓氣路計算 …………………………………………………………………… 50
3.
4.3輸送管流阻計算 ………………………………………………………………… 54
3.
4.4發動機入口壓力計算 …………………………………………………………… 54
3.
4.5貯箱增壓計算 …………………………………………………………………… 54
3.4.6算例
……………………………………………………………………………… 56
3.
5氦氣增壓系統試驗與全系統冷流試驗 ……………………………………………… 57
3.
5.1氦氣增壓系統試驗 ……………………………………………………………… 57
3.
5.2全系統冷流試驗 …………………………………………………………………57
第4章液氧煤油發動機預冷系統 ………………………………………………………… 59
4.
1發動機預冷系統概述 ………………………………………………………………… 59
4.2間歇泉現象
…………………………………………………………………………… 60
4.
2.1間歇泉現象機理分析 …………………………………………………………… 60
4.
2.2解決間歇泉問題的措施 ………………………………………………………… 68
4.
3發動機預冷方案國內外發展概況 …………………………………………………… 73
4.
3.1排放預冷方案 …………………………………………………………………… 73
4.
3.2自然循環預冷方案 ……………………………………………………………… 75
4.
3.3強制循環預冷方案 ……………………………………………………………… 77
4.
3.4組合式預冷方案 ………………………………………………………………… 78
4.
4預冷系統仿真分析 …………………………………………………………………… 79
4.
4.1物理模型概述 …………………………………………………………………… 79
4.4.2基本方程
………………………………………………………………………… 79
4.
4.3兩相流動流型判別 ……………………………………………………………… 83
4.
4.4沸騰傳熱特徵點的判別 ………………………………………………………… 85
4.
4.5相間摩擦模型 …………………………………………………………………… 87
4.4.6空泡份額
………………………………………………………………………… 88
4.
5預冷系統設計原則 …………………………………………………………………… 91
4.
5.1預冷方案的確定 ………………………………………………………………… 91
4.
5.2預冷系統布局設計 ……………………………………………………………… 92
4.
5.3回流管參數設計 ………………………………………………………………… 93
4.
5.4氦氣引射系統設計 ……………………………………………………………… 94
4.
5.5強排時間的選擇 ………………………………………………………………… 94
4.6預冷案例分析
………………………………………………………………………… 94
4.
6.1地面循環預冷 +空中引射循環 ………………………………………………… 95
4.
6.2地面循環預冷 +空中排放預冷 …………………………………………………99

第5章增壓輸送系統總裝設計 …………………………………………………………… 103
5.
1增壓輸送系統總裝布局 …………………………………………………………… 103
5.
1.1管路系統布局 ………………………………………………………………… 103
5.
1.2閥門附屬檔案布局 ………………………………………………………………… 105
5.
2增壓輸送系統安裝 ………………………………………………………………… 105
5.2.1管路安裝
……………………………………………………………………… 105
5.
2.2閥門附屬檔案安裝 ………………………………………………………………… 107
5.
3增壓輸送系統管路設計 …………………………………………………………… 108
5.
3.1導管材料選用 ………………………………………………………………… 108
5.
3.2導管焊接要求 ………………………………………………………………… 110
5.
3.3小直徑導管設計 ……………………………………………………………… 110
5.
3.4大直徑導管設計 ……………………………………………………………… 111
5.
3.5導管強度校核與計算 ………………………………………………………… 114
5.
3.6導管強度試驗 ………………………………………………………………… 118
5.4密封結構設計
……………………………………………………………………… 119
5.
4.1泄漏與密封 …………………………………………………………………… 119
5.
4.2影響密封的因素 ……………………………………………………………… 120
5.
4.3密封形式及選擇 ……………………………………………………………… 120
5.
4.4法蘭連線密封設計 …………………………………………………………… 125
5.
4.5螺紋連線密封結構設計 ……………………………………………………… 130
5.
4.6低溫密封設計和使用準則 …………………………………………………… 131
5.
4.7密封結構安裝要求 …………………………………………………………… 131
5.
4.8密封結構檢漏 ………………………………………………………………… 132
5.
4.9密封結構試驗 ………………………………………………………………… 132
5.5補償器設計
………………………………………………………………………… 134

5.5.1補償器簡介 …………………………………………………………………… 134
5.
5.2補償器設計標準 ……………………………………………………………… 135
5.
5.3補償器的結構設計 …………………………………………………………… 136
5.
5.4補償器強度校核 ……………………………………………………………… 139
5.
5.5補償器試驗 …………………………………………………………………… 141
5.
5.6補償器製造技術 ……………………………………………………………… 143

5.6緊固件選用
………………………………………………………………………… 143
5.
6.1緊固件選用一般要求 ………………………………………………………… 144
5.
6.2典型緊固件選用 ……………………………………………………………… 144
5.
6.3低溫下緊固件選用要求 ……………………………………………………… 145
5.7絕熱設計
…………………………………………………………………………… 146
5.8防熱設計
…………………………………………………………………………… 146
5.
9低溫氧系統安全性 ………………………………………………………………… 147
5.
9.1脫脂一般要求 ………………………………………………………………… 147
5.
9.2管路及閥門附屬檔案脫脂要求 ……………………………………………………148

第6章增壓輸送系統仿真分析 …………………………………………………………… 149
6.
1貯箱三維仿真分析 ………………………………………………………………… 149
6.
1.1液氧貯箱物理模型 …………………………………………………………… 149
6.
1.2液氧貯箱數學模型 …………………………………………………………… 150
6.1.3典型算例
……………………………………………………………………… 152
6.
2全系統仿真分析 …………………………………………………………………… 154
6.2.1模組化建模 …………………………………………………………………… 155
6.
2.2全系統建模及分析 ……………………………………………………………160
第7章低溫推進劑 POGO抑制設計 ……………………………………………………… 164
7.1
POGO的起源 ……………………………………………………………………… 164
7.2
POGO振動原理及抑制方法 ……………………………………………………… 164
7.2.1
POGO振動原理 ……………………………………………………………… 164
7.2.2
POGO抑制方法 ……………………………………………………………… 165
7.3
POGO抑制設計一般方法 ………………………………………………………… 167
7.3.1數學模型
……………………………………………………………………… 167
7.
3.2頻率視窗曲線 ………………………………………………………………… 171
7.
3.3穩定性分析 …………………………………………………………………… 171
7.
3.4蓄壓器參數設計 ……………………………………………………………… 177
7.3.5
POGO試驗 …………………………………………………………………… 178
7.4低溫推進劑
POGO抑制特點 ……………………………………………………… 182
7.4.1數學模型
……………………………………………………………………… 183
7.
4.2低溫蓄壓器設計 ……………………………………………………………… 186
7.4.3低溫
POGO試驗 ………………………………………………………………189

第8章閥門設計、分析與試驗 …………………………………………………………… 192
8.
1閥門基本設計原則 ………………………………………………………………… 192
8.
1.1密封性和漏率要求 …………………………………………………………… 193
8.
1.2壓降和流通能力 ……………………………………………………………… 193
8.
1.3環境和工作條件的適應性 …………………………………………………… 194
8.1.4回響時間
……………………………………………………………………… 195
8.
1.5工作壽命和貯存期限 ………………………………………………………… 195
8.
1.6工作可靠性 …………………………………………………………………… 195
8.
1.7維護使用性能 ………………………………………………………………… 196
8.
1.8尺寸、質量和成本 …………………………………………………………… 196
8.
2閥門產品典型結構設計 …………………………………………………………… 196
8.2.1加注閥
………………………………………………………………………… 197
8.
2.2液氧排氣閥 …………………………………………………………………… 199
8.2.3安全閥
………………………………………………………………………… 200
8.
2.4氣瓶充氣閥 …………………………………………………………………… 201
8.2.5電磁閥
………………………………………………………………………… 202
8.2.6電爆閥
………………………………………………………………………… 203
8.2.7減壓閥
………………………………………………………………………… 204
8.
2.8壓力信號器 …………………………………………………………………… 206
8.
2.9破裂膜片閥 …………………………………………………………………… 208
8.
2.10其他閥門及附屬檔案 ……………………………………………………………… 208
8.
3閥門產品仿真分析 ………………………………………………………………… 211
8.
3.1動態特性分析 ………………………………………………………………… 211
8.
3.2內部流場分析 ………………………………………………………………… 214
8.
3.3結構強度有限元分析 ………………………………………………………… 216
8.
3.4彈性元件有限元分析 ………………………………………………………… 218
8.
3.5衝擊載荷有限元分析 ………………………………………………………… 219
8.
3.6電磁鐵仿真設計與分析 ……………………………………………………… 222
8.
4閥門產品試驗技術 ………………………………………………………………… 225
8.4.1概述
…………………………………………………………………………… 225
8.4.2試驗項目
……………………………………………………………………… 227
8.
4.3閥門產品試驗與要求 …………………………………………………………227

第9章增壓輸送系統可靠性設計 ………………………………………………………… 239
9.1可靠性設計
………………………………………………………………………… 239
9.2可靠性分析
………………………………………………………………………… 239

9.
2.1故障模式和影響分析 ………………………………………………………… 240
9.
2.2故障樹分析 …………………………………………………………………… 240

9.3可靠性預計
………………………………………………………………………… 241
9.
3.1可靠性預計方法 ……………………………………………………………… 241
9.
3.2閥門產品可靠性預計示例 …………………………………………………… 242
9.4可靠性試驗
………………………………………………………………………… 244
9.5可靠性評估
………………………………………………………………………… 244
9.
5.1單機級產品可靠性評估 ……………………………………………………… 244
9.
5.2閥門單機可靠性評估示例 …………………………………………………… 247
9.
5.3系統級可靠性綜合評估方法 …………………………………………………249
參考文獻 ……………………………………………………………………………………… 252

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