火箭发动机新技术-复习大纲

火发新技术课复习大纲

塞式喷管技术

1.塞式喷管的构成、主要结构参数的定义。

a)塞式喷管主要由内喷管和塞锥构成。

b)两个膨胀面积比：内喷管的扩张比εi，塞式喷管的总膨胀面积比εt

塞式喷管总膨胀面积比是传统喷管的扩张比具有相同的物理意义，均表

2.

型喷管，在低于设计高度上仍然具有高性能。

3.多单元塞式喷管的主要结构类型

多单元塞式喷管按照排列方式可以分为环形和线性两种。

a)环形包括环喉式、环簇式、环形（瓦状单元）

b)线性包括直排式（瓦状单元）、直排式（三维内喷管）和环直形（瓦状

单元）

4.采用圆转方内喷管的必要性

1)能够保证喉部区域的热防护要求，圆形截面的冷却换热效果最好，强度

最高。

2)便于减少线性排列的多个单元推力室之间的间隙，还可更好地与塞锥贴

合

3)可以采用二维平板式塞锥型面，从而使得塞锥的设计加工都得到简化。特种推进技术

1.电推进与化学推进工作机制的区别是什么？

电推进装置是利用电能加热或者直接加速推进剂，使得推进剂以高速喷

出产生反作用推力。然而在化学推进中，推进剂燃烧使化学能转化为热能，然后在喷管中膨胀加速，使热能转化为动能。并且在电推进中，能源系统和推进剂供给系统是相互独立的；而在化学推进中是一体的。

2.电推进的工作特点是什么？

1)比冲高，大大节省推进剂质量，提高有效载荷比

2)推力小

3)比冲（或推力）越高，需要的功率越大

4)属外能系统，受总冲影响小

5)对于给定的控制时间，存在一个最佳比冲，使功率和推进剂质量流量最

小

3.典型的电推进推力器分类

按照加速机理的不同，一般可分为：

1)电热式推力器：电阻加热式推力器、电弧加热等离子体推力器和微波加

热等离子体推力器；

2)静电式推力器：霍尔推力器、离子推力器等；

3)电磁式推力器：PPT、SF-MPD、AF-MPD等；

4.微推进推力器分类

1)微电推进：电热式、静点式、电磁式；

2)化学微推进：固体微推进、液体微推进；

3)冷气微推进；

5.介绍不同种类电推进推力器的工作原理

1)离子推力器：

由阴极发射出的电子，在径向磁场的作用下在放电室以螺旋线的轨迹向阳极运动，在运动的过程中与中性推进剂粒子碰撞，使得中性原子

电离，电离的离子在加速栅极的作用下高速喷出产生推力。

2)霍尔推力器：

推进剂(通常是Xe)通过阳极喷射进入环形空间，在此气体被从外部空心阴极发出的逆向电子流所电离。

因径向磁场的作用，导致电子沿圆周方向作漂移运动，电子漂移运动形成的电流称为霍尔电流，它与径向磁场相互作用，产生沿轴向的电

磁加速力，使等离子体高速喷出，产生推力。

3)磁等离子体推力器（MPD）：

①有附加磁场的时候，推力产生的机理变得十分复杂，首先弧电流的周

向分量与附加磁场相互作用会产生轴向和径向的洛伦兹力，对推力有

直接和间接的贡献；

②其次，弧电流径向分量和自感应磁场强度的周向分量相互作用将产生

洛伦兹力的轴向分量；

③最后，弧电流的径向分量与磁场的轴向分量相互作用产生周向的洛伦

兹力使等离子体旋转，能量通过这种旋流作用部分转化为轴向推力；

④这样在有附加磁场的情况下，总推力应为这几个分量之和。

离子推进技术

1.离子推力器的分类和优缺点。

按照产生等离子体的方式可分为：

1)电子轰击式

2)微波电子回旋共振式

3)射频式

优缺点分析：

射频式设计简化，比其他构形更容易分析和预测性能。没有阴极寿命问题，用更少的电源就能完成放电。但射频式离子推力器的天线必须与等离子体隔绝，绝缘层会受到离子的沉积和轰击，因覆盖导体层而产生寿命问题。绝缘式放电室机械强度低，易产生力学性能问题。比设计良好的电子轰击式推力器放电损耗高，效率较低。

电子轰击式和射频式离子推力器的效率随着尺寸的增大而增大，然而微波式离子推力器没有这一特性，目前为止还应用于低电流密度、小尺寸条件下，尺寸和效率有待提高。

2.离子推进系统的具体组成及各部分的功能

1)推力器（Thruster）：产生推力；

2)推进剂供给系统（PFS）：按照发动机工作要求的压力和流量提供推进剂

3)电源处理单元（PPU）：为发动机提供电能

4)数字控制接口单元（DCIU）：接收来自地面的控制信号、PPU、PFS、电离

室的反馈信号，然后进行综合判断，发出控制PPU、PFS、电离室的信号。

3.离子推进系统在卫星上集成与应用时需要考虑的问题。（内容太多，只列出

大纲）

1)离子推进系统的集成及可靠性、安全性设计

2)离子推进的布局与安装：

3)离子推进的应用方式与控制策略

4)对能源系统的影响

5)对热控的影响

6)对遥测遥控的影响

7)离子发动机羽流的影响

8)EMC的影响

9)对星上计算机的影响

10)发射场加注

11)地面验证

12)在轨状态检测与故障诊断

火箭发动机推力测量技术

1.火箭发动机推力测试系统的主要组成和主要设计考虑因素

火箭发动机推力测试系统主要由三部分组成：

•机械支撑和力传递装置

包括：定架，动架，弹簧片，装卡发动机机构及预紧力部件等，简称推力架，有的也称为试车架。

•传感器和数据采集装置

包括：工作力传感器，电源，连接线和计算机数据采集系统等。辅助传感器。•现场校准装置

包括：标准力传感器，力源和相应的指示仪表等。

2.影响发动机推力测试精度的重要因素

1)测试系统各环节的精度与误差分析（百分比与绝对误差）

2)系统各环节间的阻抗匹配

3)系统各环节的频率响应范围

4)数据判读

5)干扰

6)减少误差的方法（硬件与软件）

7)跟理论数据的对比分析

3.试设计一套 100kN 左右级推力测量系统的方案,说明基本原理和关键技术

100kN属于大推力发动机，可以使用推力车式测量发动机的推力。原理简图如上图所示。

该测量方案的基本原理是，将发动机固定在试车架上，发动机与力传感器的探头以某种方式结合在一起，传感器固定在承力墩上。根据牛顿第三定律，发动机产生的推力就等于传感器测量到的力。

关键技术包括：传感器技术、数据采集与处理技术、推力标定与现场校准等。

4.常用测量微推力的方法有哪些？结合实例原理图，说明基于天平原理的电火

箭推力测试技术方案。

a)微推力测量常用方法：打靶法、弹性元件、天平、悬摆。

b)基于天平原理的电火箭推力测试技术方案：