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第1章 概论1

1.1 氢——最清洁的高能化学燃料1

1.2 氢氧火箭发动机在航天领域占有重要地位4

1.3 氢氧火箭发动机的发展动向9

1.3.1 彻底实现氢氧火箭发动机的重复使用9

1.3.2 降低天地往返运输系统的发射成本9

1.3.3 发展三组元火箭发动机10

1.3.4 星际航行将会对氢氧火箭发动机提出更多的要求13

第2章 氢氧火箭发动机系统评述15

2.1 氢氧火箭发动机系统的特点15

2.2 燃气发生器动力循环系统17

2.3 分级燃烧动力循环系统20

2.4 氢膨胀动力循环系统25

2.4.1 氢膨胀动力循环系统的工作原理25

2.4.2 全流量氢膨胀动力循环系统26

2.4.3 部分流量氢膨胀动力循环系统33

2.5 具有功率冗余的高可靠火箭动力系统设计37

2.5.1 高可靠火箭动力系统设计38

2.5.2 动力系统的功率冗余方案可靠性计算40

第3章 氢氧火箭发动机的总体设计43

3.1 总装连接件的温度应力45

3.2 总装连接件内的应力分析47

3.2.1 剪切应力下工作的螺纹拧紧力矩计算49

3.2.2 弯曲应力下工作的螺纹拧紧力矩计算51

3.3 低温发动机总体结构设计54

3.3.1 氢氧火箭发动机的结构绝热问题55

3.3.2 总装管路、活门等布局设计57

3.3.3 氢氧火箭发动机的结构振动问题60

3.4 总装密封件61

3.4.1 柔性石墨垫圈62

3.4.2 法兰连接的密封件64

3.4.3 焊接连接69

3.5 氢氧火箭发动机的质量分析和估计70

3.5.1 氢氧推力室的质量分析和估计70

3.5.2 氢氧涡轮泵的质量估计71

3.5.3 发动机其他部件的质量估计74

第4章 氢氧火箭发动机的起动技术78

4.1 发动机起动前的系统吹除、置换和气封78

4.1.1 系统吹除78

4.1.2 系统置换79

4.1.3 气封80

4.2 起动前的预冷问题81

4.2.1 预冷的目的和要求81

4.2.2 氢氧火箭发动机预冷时间τ1的估算82

4.2.3 预冷系统的设计85

4.3 发动机起动技术方案的选择88

4.3.1 外能源起动涡轮泵方案88

4.3.2 自身起动涡轮泵方案92

4.4 空中再起动技术94

4.4.1 火箭滑行中的推进剂管理94

4.4.2 再起动前的发动机预冷要求98

4.5 不预冷推力室的发动机起动技术101

第5章 氢氧推力室和燃气发生器102

5.1 氢氧推力室的设计特点102

5.2 大推力高室压氢氧喷注器工作稳定性问题108

5.2.1 超临界压力下液氧的热物理特性变化影响喷注器不稳定工作的敏感性108

5.2.2 氧喷注器内单相流体的声速计算109

5.3 氢氧推力室的冷却和传热计算112

5.3.1 氢的对流换热系数计算113

5.3.2 冷却套内压力损失的计算115

5.3.3 喷注器面板的发汗冷却117

5.3.4 氢氧燃气向壁的传热118

5.4 氢氧的点火技术120

5.4.1 电能点火器121

5.4.2 火药点火器122

5.4.3 气动力谐振点火器123

5.5 氢氧推力室的喷管127

5.5.1 大面积比喷管的设计要求127

5.5.2 大面积比喷管的冷却129

5.5.3 氢氧芯级火箭上喷管设计的特点132

5.6 氢氧燃气发生器136

5.6.1 氢氧燃气发生器研制的经验和教训136

5.6.2 燃气发生器与副系统耦合振荡燃烧问题138

5.6.3 关机程序和氧头腔吹除残留的氧139

第6章 氢氧涡轮泵141

6.1 液氢泵的设计技术141

6.1.1 泵的一般理论141

6.1.2 液氢泵设计的几个特点150

6.1.3 泵的相似理论和比转速155

6.1.4 泵的效率分析160

6.2 液氢泵的试验技术167

6.2.1 液氢泵试验中存在的问题167

6.2.2 液氢泵试验的模拟介质研究170

6.2.3 液氢泵模拟介质试验数据比较172

6.2.4 模拟介质试验数据处理中应注意的问题176

6.2.5 关于多级液氢泵的特性试验178

6.3 氢氧燃气涡轮182

6.3.1 涡轮工质的热力学参数选择183

6.3.2 涡轮的气动力参数计算185

6.4 涡轮转子动力学的基本概念191

6.4.1 刚性轴和柔性轴192

6.4.2 转子的进动195

6.5 低温高速滚珠轴承200

6.5.1 高速轴承工作的几个重要参数200

6.5.2 液氢高速轴承的保持架问题208

6.5.3 液氢轴承的冷却问题211

6.5.4 滚珠轴承的Dn值214

6.5.5 液氢轴承使用中的几个特殊问题215

6.6 氢氧涡轮泵上的动密封217

6.6.1 氢氧涡轮泵动密封的特点217

6.6.2 端面动密封的工况分析219

6.6.3 非接触式动密封222

6.6.4 组合式动密封225

6.7 超低温高速齿轮传动227

6.7.1 超低温高速齿轮传动的应用227

6.7.2 超低温高速齿轮的工作特点230

第7章 氢氧低温活门和自动器235

7.1 氢氧低温活门和自动器的一般介绍235

7.2 低温活门密封件设计的弹性力学基础237

7.2.1 菌形活门密封比压设计的弹性力学基础238

7.2.2 球形活门密封比压设计理论243

7.2.3 活门工作寿命的理论基础245

7.2.4 影响活门密封件寿命的因素分析246

7.2.5 低温活门密封件工作寿命的评估249

7.3 低温活门上的波纹管设计251

7.3.1 波纹管的轴向刚度计算252

7.3.2 波纹管临界失稳压力的计算256

7.4 氦气减压器257

7.4.1 氦气减压器的用途257

7.4.2 减压器的工作特性258

7.4.3 氦气减压器使用中应注意的问题263

7.5 低温流量控制器——汽蚀文氏管265

7.5.1 不可压缩流体汽蚀文氏管的设计理论266

7.5.2 伯努利方程的建立267

7.5.3 几点说明268

7.5.4 液氢汽蚀文氏管的设计269

7.5.5 高室压大推力氢氧火箭发动机的流量控制问题270

第8章 氢的安全使用技术274

8.1 高压氢气瓶的泄漏危险274

8.2 氢的着火、爆燃和爆轰276

8.3 氢的安全排放技术279

8.3.1 氢气流中的静电积累279

8.3.2 氢排放系统中的着火事故分析280

8.3.3 氢的安全排放管路设计282

8.3.4 低温氢排放的几个特殊问题283

8.4 氢的安全处理和防护286

8.4.1 液氢贮箱系统的吹洗和置换286

8.4.2 防护措施287

第9章 液氢输送系统的绝热问题289

9.1 液氢低温绝热的一般介绍289

9.1.1 氢氧火箭上的液氢供应系统的低温绝热问题289

9.1.2 地面试车台液氢供应系统的低温绝热问题290

9.2 真空绝热291

9.3 多层缠绕的真空超绝热297

9.4 氢氧火箭发动机的绝热问题302

9.4.1 绝热的目的和任务302

9.4.2 泡沫塑料绝热材料的性能要求303

9.4.3 热固性聚氨酯硬质泡沫塑料绝热306

9.4.4 热塑性泡沫塑料绝热方案310

第10章 液氢的生产、贮存和运输315

10.1 液氢生产成本分析315

10.2 液氢生产能力的确定317

10.2.1 液氢用量分析和统计317

10.2.2 液氢生产能力的确定319

10.3 液氢生产工艺流程的优化321

10.4 液氢的长期贮存问题326

10.4.1 “电冰箱工作原理”用于解决液氢中短期贮存问题326

10.4.2 采用其他载体吸附氢的贮存问题330

10.5 液氢的运输问题333

参考文献337