液体火箭 发动机 结构 原理简介 火箭发动机是运载火箭和弹道导弹的动力装置,火箭发动机根据推进剂形态分为固体火箭发动机和液体火箭发动机。 &nb

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2017年液体火箭发动机结构原理简介(图)

字体大小: 2017-09-08 14:48  来源:中国报告网

中国报告网提示: 火箭发动机是运载火箭和弹道导弹的动力装置,火箭发动机根据推进剂形态分为固体火箭发动机和液体火箭发动机。 &nb

       火箭发动机是运载火箭和弹道导弹的动力装置,火箭发动机根据推进剂形态分为固体火箭发动机和液体火箭发动机。

       固体火箭发动机中高温合金的使用量较少。

       固体火箭发动机结构相对简单,主要由药柱、燃烧室(壳体)、喷管组件和点火装置等四部分组成。在推进剂燃烧时,燃烧室须承受2500~3500℃的高温,压力通常为1~20MPa,一般采用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造,并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。
       参考中国报告网发布《2017-2022年中国发动机管理系统行业发展机遇及投资前景评估报告
       截至目前,固体火箭发动机壳体材料大体经历了四代发展过程,第一代为金属材料;第二代为玻璃纤维复合材料;第三代为有机芳纶复合材料;第四代为高强中模碳纤维复合材料。由于固体火箭发动机结构简单,内部没有转动部件,且通常工作时间较短,因此尽管温度超高,但结构件承受的载荷较低,因此固体火箭发动机对兼具高温、高载荷、长时工作特性的高温合金需求较少。

 
图:液体火箭发动机

       液体火箭发动机即使用液态化学物质作为能源和工质的火箭推进系统。常用的液体氧化剂有液态氧、四氧化二氮等,燃烧剂由液氢、偏二甲肼、煤油等,两者储存在不同的储箱中。其工作原理是:燃气发生器产生燃气推动燃气涡轮机,后者带动燃烧剂泵和氧化剂泵。

       推进剂经过泵后具有很高的压头,再经喷嘴呈雾状进入燃烧室燃烧,产生的高温高压燃气(温度3000~4500℃,压力1.5~20MPa),经喷管以超音速排出,产生反作用推力。

       液体火箭发动机主要由推力室、涡轮泵、燃气发生器(或预燃室)、火药启动器和各种阀门、调节器、管路等组成。

       推力室有两种冷却方式:再生式和循环式,前者应用于大型发动机,内外壁材料均以不锈钢为主,后者应用于姿态控制发动机和小推力发动机,以不锈钢、高温合金、难熔金属及合金加抗氧化剂涂层或者碳/碳复合材料加涂层材料为主。

       涡轮泵是液体火箭发动机的关键部件,其中涡轮泵和叶片工作条件苛刻,早期曾采用不锈钢,后来发展演化为铁基、镍基、钴基的高温合金,如GH1040、GH2028A、GH4196、GH4141、GH4586等。

       液体火箭发动机结构材料除了承受高温冲击外,由于液氢(沸点-253℃)、液氧(沸点-183℃)等低温贮存推进剂的存在,还有低温(-100℃以下)环境要求。而高温合金除了有良好的高温特性之外,还具有超强的低温强度和抗疲劳性,从而成为液体火箭发动机理想的结构材料。

       由于高温合金精密铸造工艺限制,过去形状极其复杂的结构件在液体火箭发动机上一直没有广泛应用。随着工艺的进步,液体火箭发动机上的许多关键热部件都采用了无余量整体精密铸造高温合金精铸件,简化了发动机结构,降低发动机重量,减少了焊接部分,从而扩大了高温合金的使用范围。

       我国的“长征”系列火箭以及“神舟”系列飞船,发动机的核心部分都采用了高温合金材料。

 
图:液体火箭发动机结构示意图
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