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运载火箭增压输送系统 
定 价：168 元
9 7 9 8 1 7 8 5 2 1 6 5 6  运载火箭增压输送系统是实现箭上推进剂供给功能的系统，是火箭动力系统的重要组成部分。本书系统介绍了运载火箭增压输送系统及其组件。上篇“系统”包含增压系统、输送系统、贮存系统和系统可靠性，下篇“组件”包括管路、阀门、气瓶、蓄压器和密封结构。内容涉及系统和组件的理论、设计、仿真和试验等方面。对多种型号运载火箭的增压输送系统都有较详尽的介绍，特别是对低温增压输送系统及其组件有深入的论述。既有基本的理论方法，又有很强的工程实践，可供相关技术人员和高校师生参考。 总序 中国航天事业创建60年来，走出了一条具有中国特色的发展之路，实现了空间技术、空间应用和空间科学三大领域的快速发展，取得了“两弹一星”、载人航天、月球探测、北斗导航、高分辨率对地观测等辉煌成就。航天科技工业作为我国科技创新的代表，是我国综合实力特别是高科技发展实力的集中体现，在我国经济建设和社会发展中发挥着重要作用。 作为我国航天科技工业发展的主导力量，中国航天科技集团公司不仅在航天工程研制方面取得了辉煌成就，也在航天技术研究方面取得了巨大进展，对推进我国由航天大国向航天强国迈进起到了积极作用。在中国航天事业创建60周年之际，为了全面展示航天技术研究成果，系统梳理航天技术发展脉络，迎接新形势下在理论、技术和工程方面的严峻挑战，中国航天科技集团公司组织技术专家，编写了《中国航天技术进展丛书》。 这套丛书是完整概括中国航天技术进展、具有自主知识产权的精品书系，全面覆盖中国航天科技工业体系所涉及的主体专业，包括总体技术、推进技术、导航制导与控制技术、计算机技术、电子与通信技术、遥感技术、材料与制造技术、环境工程、测试技术、空气动力学、航天医学以及其他航天技术。丛书具有以下作用：总结航天技术成果，形成具有系统性、创新性、前瞻性的航天技术文献体系；优化航天技术架构，强化航天学科融合，促进航天学术交流；引领航天技术发展，为航天型号工程提供技术支撑。 雄关漫道真如铁，而今迈步从头越。“十三五”期间，中国航天事业迎来了更多的发展机遇。这套切合航天工程需求、覆盖关键技术领域的丛书，是中国航天人对航天技术发展脉络的总结提炼，对学科前沿发展趋势的探索思考，体现了中国航天人不忘初心、不断前行的执着追求。期望广大航天科技人员积极参与丛书编写、切实推进丛书应用，使之在中国航天事业发展中发挥应有的作用。
2016年12月序一 习近平总书记指出：“探索浩瀚宇宙，发展航天事业，建设航天强国，是我们不懈追求的航天梦。”运载火箭可以说是托起航天梦的基础，经过几代人50余年的努力，长征系列液体运载火箭家族不断发展壮大，技术不断创新发展，为我国航天事业的进步做出了重要贡献。本书的作者们都是中青年科技工作者，他们承上启下，既传承了老一辈增压输送系统工作者们的智慧和经验，也对很多理论与产品进行了探索和创新。 增压输送系统是运载火箭推进系统的组成部分，承担的功能贯穿了运载火箭发射和飞行过程，在任何一个环节发生故障，都可能产生严重影响，造成火箭发射推迟甚至任务失败。在世界航天史上，由于增压输送系统问题造成飞行故障的情况屡见不鲜。部分问题的发生与对系统的认识和理解不够清楚有关，因此，明确的系统概念、清晰的系统功能划分，对理解增压输送系统和做好系统研制工作具有重要意义。本书在总结前人工作的基础上，对增压输送系统的定义和内涵进行了新的阐述，即增压输送系统是实现箭上推进剂供给功能的系统，包含增压系统、输送系统和贮存系统。 要把这样一本书写好并非易事，主要在于增压输送系统包含的学科专业较多，科学问题和工程实践交织，既有低温推进剂流动相变和结构随机振动疲劳等复杂艰深的基础科学问题，又有系统、管路、阀门、气瓶等产品研制的具体工程实践。本书分为上、下两篇。上篇对增压系统、输送系统、贮存系统和可靠性度量四方面进行了详细论述。通过在增压输送系统工程设计中合理引入相关理论，使读者能够很好地理解和掌握增压输送系统的基础知识；通过对增压输送系统中关键技术的专题探讨，对当前增压输送系统设计所面临的难题和现有的解决方法进行了阐述。下篇对管路、阀门、气瓶、蓄压器和密封结构等组件进行了详细介绍。从增压输送系统组件设计和使用过程中的常见问题和难点出发，对组件的应力应变疲劳、冲击振动破坏、运动导向、自激振动、稳定性、无损检测、安装和减振等内容进行了专题论述。全书内容重点突出，专业性强，饱含了作者丰富的研制经验，凸显了作者在增压输送系统领域的积累，一定会对读者有所启发。 薪火相传、历久弥新。当前世界正处于百年未有之大变局，我国也正处于“十三五”结束、“十四五”开端的关键时刻。本书的出版承载着作者团队多年来孜孜探索的专业成果，希望能够帮助和激励更多的航天工程师，承前启后，再接再厉，进一步提升增压输送系统专业技术水平，为我国运载火箭技术的发展做出更大的贡献。 序二 序二 浩瀚宇宙充满无尽的未知和挑战，人类对于太空的渴望促进航天技术不断地发展和完善。从发射第一颗人造地球卫星“东方红一号”起，到新世纪先后完成载人航天、月球探测和建立“北斗”全球卫星导航系统，中国运载火箭支撑了国家航天战略的发展。当前，我国新一代液体运载火箭已陆续服役，可以预见在相当长的一段时间内，液体动力火箭仍将以其性能上的优势，继续作为进入太空的主要运载工具。 增压输送系统作为液体火箭的重要系统，承担一系列气体、液体的贮存、输送和增压功能。它系统功能复杂，产品种类多样，涵盖了火箭从零件生产到总装，从加注到飞行的整个生命周期。其功能正常与否，与每一发火箭任务的成败休戚相关。经过一代代工程师的不懈努力，一个又一个的科学和工程问题得到解决，增压输送系统的可靠性逐步提升，为上述重大工程任务的成功提供了有力支持。 增压输送系统的发展与推进剂种类的选择和运载火箭的规模息息相关。首先，为适应推进剂从常温的酒精、煤油、四氧化二氮和偏二甲肼转变为低温的液氢、液氧，增压输送系统研究了绝热、气封、预冷等技术，以消除低温给加注、停放和输送等过程带来的影响。其次，为保证不同种类推进剂可靠、高效地从贮箱输送给发动机，增压输送系统从用氮气为贮箱增压开始，发展出用推进剂蒸气或燃气为贮箱增压、用常温或低温贮存的氦气为贮箱增压等增压方式，以适应不同火箭的特点。再次，随着运载火箭规模的增大，增压输送系统产品从几十毫米的小口径、小规模发展到数百毫米的大口径、大规模，系统和产品的性能和效率越来越高。 本书从增压输送系统功能需求出发，围绕系统工程实现这一主线，汲取国内外设计应用经验，从系统和组件的理论、设计到验证均进行了很好的总结和提炼。本书不仅体现了增压输送系统的全局性和系统性，还体现出实践性强、理论与工程结合紧密的特点。与同类书籍相比，对深低温增压输送系统及其组件进行了较为深入的论述。 全书体系完备、结构清晰、内容翔实，凝聚了我国液体运载火箭增压输送系统几十年的研制成果，是集体智慧和心血的结晶，具有较高的学术水平。不仅能对我国液体运载火箭工程师和相关技术人员提供有意义的指导和帮助，书中分析和解决相关问题的方法也能对相关专业的高校师生提供借鉴和参考。 前言 推进系统是运载火箭的重要系统，为运载火箭提供推力。液体运载火箭推进系统一般由发动机和增压输送系统构成。目前介绍运载火箭发动机原理、设计、试验的书籍、文献较为丰富，而介绍增压输送系统的相对较少。北京宇航系统工程研究所作为我国主要的运载火箭总体研制单位，50余年来研制的各型运载火箭为中国航天事业的发展做出了卓越贡献，同时增压输送系统专业也同步发展，经过几代人多年的努力，积累了很多宝贵的经验。通过本书的编写，对相关知识进行总结和提炼，可为后续增压输送系统研制和专业发展提供帮助。同时，也想通过本书的编写进一步加强航天知识的普及与应用，为相关从业者和高校师生提供借鉴和参考。 在推进系统中，发动机燃烧推进剂为运载火箭提供推力，增压输送系统则负责给发动机提供推进剂。在本书中，对推进剂加注、贮箱排气、气封吹除、预冷、增压、输送、消漩防塌、水击、间歇泉抑制、POGO抑制、微重力推进剂管理等增压输送系统各功能进行了梳理，归纳为增压、输送和贮存三个系统。其中，增压系统为推进剂贮箱提供增压气体，并控制贮箱气枕压力，起到保护贮箱和抑制推进剂汽化的作用；输送系统是将推进剂按要求的温度、压力和流量从贮箱输送到发动机的系统；贮存系统是实现推进剂加泄、存放功能的系统，包括为此服务的贮箱排气、气封吹除、微重力推进剂管理等功能。 增压输送系统在系统实现过程中，第一，需要依据总体要求，开展系统功能需求分析，完成包含增压计算、出流分析、推进剂管理等内容的增压、输送和贮存系统设计、分析和试验；第二，要完成贮箱、阀门、管路、蓄压器、气瓶、密封等各种组件的设计、分析和试验；第三，要完成各组件产品在运载火箭上的总装设计、分析和试验工作；第四，可靠性工作要贯穿始终。为掌握相关设计方法，需要开展贮箱内气液固传热、不同过载条件下推进剂的流动特性、推进剂和结构耦合振动、振动条件下的结构疲劳、导向结构破坏机理等基础理论研究工作。本书在介绍系统和组件构成的基础上，着重介绍工程实践过程中涉及的理论和方法。 全书除第1章绪论和第11章展望外，分为系统和组件两篇。章标题以系统和组件名称划分，涉及的试验和仿真内容放在相关章节中。 上篇“系统”以系统设计为主，包含增压系统、输送系统、贮存系统和可靠性内容，共4章。第2章为增压系统，介绍了增压方式、增压换热数学模型、增压流量控制、增压气体消能，对增压系统的性能仿真和试验也进行了讨论。第3章为输送系统，以推进剂输送为主线，对输送系统布局方案、贮箱出流、POGO抑制、水击、发动机预冷、推进剂剩余控制、间歇泉抑制、分叉流压 力跳变抑制等问题进行分析。 第4章为贮存系统，主要介绍了推进剂加泄、贮箱排气保险、气封吹除、低温推进剂贮存管理和微重力推进剂管理等内容。第5章为增压输送系统可靠性度量，从可靠性模型、可靠性预计、可靠性指标分配、可靠性评估、可靠性试验五个方面对增压输送系统可靠性工作进行了阐述。 下篇“组件”以增压输送系统常用组件为主，包括管路、阀门、气瓶、蓄压器和密封结构等内容。第6章为管路，包括管路结构及附件、管路材料介质相容性、管路补偿、管路热防护、管路应力分析与评定、管路振动疲劳分析及评估、管路应变疲劳分析、管路稳定性、管路试验等内容。第7章为阀门，讲述了阀门结构原理，同时对阀门的运动导向，自激振动及稳定性，冲击、振动与疲劳进行了论述。第8章为气瓶，对金属材料气瓶、复合材料气瓶、试验与检测、安装和减振进行了论述。第9章为蓄压器，主要对蓄压器结构形式进行介绍，对金属膜盒柱失稳、金属膜盒疲劳寿命、注气式蓄压器防晃设计进行了专题分析。第10章为密封结构，主要对结构形式、预紧力设计、漏率模型及检测方法进行了介绍。 大型液体火箭推进剂贮箱除了承担推进剂贮存功能外，还是传递载荷的主要结构之一。在国内现有运载火箭设计分工上，贮箱由结构专业设计完成。增压输送系统用传感器主要包括压力、温度、脉动压力、流量、位置传感器，它们从功能上属于增压输送系统，在实际工作中，箭上传感器由测量系统负责研制和齐套。本书不再论述这两部分内容，详细内容可参考相关文献。消能器、消漩防塌装置、引射器等组件的结构相对简单，下篇也不再对其进行详细介绍。 本书得到龙乐豪院士、刘竹生院士、厉彦忠教授、李来风教授、梁国柱教授、常永恒研究员、张成文研究员、张福忠研究员、张善群研究员和黄兵研究员的审阅和指导，在此表示由衷的感谢。在编著过程中，北京宇航系统工程研究所的王道连、修建生、丁建春、张立强、马飞、贺启林、李文钊、刘敏、张志广、王洪锐、岳兵、赵涛、吴云峰、武园浩、杨燕、霍毅、崔景芝、李娟娟、史刚、梁景媛、赵春宇、耿屹、岳婷、李敏行、张宇、满满、王丛飞、方红荣、叶超等提供了大力协助，在此一并致谢。 本书的编著人员均为航天一线的工程技术人员，受水平所限，书中难免有错误和不足之处，望广大读者批评指正。 编著者 王亚军，曾负责多个运载火箭型号增压输送系统研制工作，长期致力于运载火箭总体设计研究和工程实践。为运载火箭增压输送系统，特别是低温增压输送系统的技术发展做出了贡献。获国防科技进步奖1项，航天科技集团公司技术发明奖1项，科学技术奖1项。 目录 第1章绪论1 11引言1 12增压输送系统组成及总装4 121系统4 122组件8 123总装8 13增压输送系统仿真与试验9 131仿真9 132试验13 14增压输送系统可靠性15 参考文献16 上篇系统 第2章增压系统19 21概述19 22增压方式22 221贮气式增压22 222自生增压37 223化学反应增压43 224活塞泵式增压44 225增压方式选择46 23增压换热数学模型49 231常温贮箱增压换热模型50 232低温贮箱增压换热模型52 233增压气瓶增压换热模型59 234管路的换热模型60 24增压流量控制61 241增压控制方式61 242增压响应时间63 243孔板流量计算64 25增压气体消能71 251消能器结构72 252消能器仿真76 253消能器试验80 26增压系统性能仿真81 261需要的增压压力81 262初始容积及压力84 263系统性能仿真85 27增压系统试验88 271试验参数确定88 272系统试验状态90 273系统试验实施91 参考文献96 第3章输送系统99 31概述99 32布局方案101 321串联贮箱布局101 322并联贮箱布局105 323交叉输送107 33贮箱出流109 331液体汽化109 332液面塌陷111 333出流漩涡113 334出流装置分类114 335出流试验120 34POGO抑制125 341POGO振动简介125 342动特性分析127 343POGO抑制分析131 35水击分析133 351水击计算134 352特殊水击现象136 353水击抑制方法138 36发动机预冷139 361预冷方式分类139 362预冷系统设计须考虑因素148 363预冷分析150 364强制循环预冷装置171 37推进剂剩余控制174 371混合比调节174 372推进剂利用单元调节原理176 373推进剂利用单元设计考虑因素177 374典型推进剂利用单元介绍178 38间歇泉抑制181 381影响因素分析182 382解决途径183 39分叉流压力跳变抑制187 391压力跳变机理187 392数值分析189 393解决途径190 参考文献192 第4章贮存系统197 41概述197 42推进剂加泄198 421系统设计199 422特殊加注过程205 43贮箱排气安全207 431系统参数207 432系统布局208 44气封吹除214 441加泄系统置换214 442气封及排空功能214 443舱段吹除功能215 45低温推进剂贮存管理功能217 451贮箱蒸发相变分析217 452在轨蒸发量控制220 453火箭集成流体系统225 46微重力推进剂管理功能227 461微重力液体特征228 462正推沉底方案229 463推进剂管理装置230 参考文献240 第5章增压输送系统可靠性度量244 51概述244 52可靠性模型244 521串联系统245 522并联系统245 523表决系统245 524贮备系统246 53可靠性预计247 54可靠性指标分配247 541可靠性指标分配原则247 542可靠性指标流程247 55可靠性评估249 551可靠性评估的基本定义249 552可靠性评估的工作及评估内容250 553可靠性评估与可靠性验证的关系250 554可靠性评估的意义250 555单元可靠性评估250 556系统可靠性评估253 557典型阀门产品可靠性评估案例255 558气瓶产品可靠性评估典型案例257 559系统可靠性评估典型案例258 56可靠性试验260 参考文献263 下篇组件 第6章管路267 61概述267 62管路结构及附件269 621大口径导管及附件结构270 622小口径导管及附件结构277 63管路材料介质相容性279 631腐蚀性介质相容性279 632氧相容性281 633煤油相容性281 634自然环境腐蚀性282 64管路补偿283 641补偿需求283 642补偿方案285 65管路热防护292 651管路绝热293 652管路防热298 66管路应力分析与评定299 661管路应力分析300 662管路应力评定303 67管路振动疲劳分析及评估306 671应力疲劳寿命曲线306 672疲劳损伤度理论和疲劳损伤度评估308 673振动疲劳寿命分析310 674结构振动疲劳损伤度等效关系321 675基于结构固有频率中心频带的随机振动疲劳影响分析324 68管路应变疲劳分析326 681应变疲劳寿命理论326 682应变疲劳寿命分析328 69管路稳定性329 691直管稳定性329 692波纹管稳定性333 610管路试验337 6101试验介质的选取337 6102试验控制点与测量点的布置338 6103试验载荷条件的加载340 参考文献343 第7章阀门347 71概述347 72阀门结构原理348 721单向阀348 722加排阀352 723电磁阀355 724手动开关358 725破裂膜片360 726电爆阀363 727减压阀366 728安全阀（安溢阀）370 729过滤器374 73阀门运动导向375 731滑动导向结构失效影响因素376 732滑动导向结构失效机理376 733滑动导向结构失效的抑制措施380 734悬浮导向结构383 74阀门自激振动及稳定性388 741阀门自激振动的产生机理389 742单向阀线性稳定性仿真分析及试验验证398 743安全阀非线性稳定性仿真分析及试验验证406 744单向阀三维动态流场稳定性仿真分析410 75阀门冲击、振动与疲劳414 751结构冲击破坏414 752结构振动疲劳417 753敏感元件应变疲劳420 参考文献424 第8章气瓶427 81概述427 82金属材料气瓶428 821结构与材料428 822强度分析433 823关键工艺436 83复合材料气瓶439 831结构与材料439 832结构设计442 833关键工艺452 84试验与检测458 841试验458 842检测458 85安装和减振464 参考文献467 第9章蓄压器469 91概述469 92结构形式471 921金属膜盒式蓄压器472 922注气式蓄压器476 93金属膜盒柱失稳480 94金属膜盒疲劳寿命488 95注气式蓄压器防晃设计496 参考文献502 第10章密封结构504 101概述504 102结构形式505 1021端面密封结构505 1022圆周密封结构513 1023锥面密封结构514 1024阀芯与阀座密封结构515 103预紧力设计516 1031法兰预紧力设计516 1032管接头预紧力设计519 104漏率模型521 1041漏率521 1042泄漏流动形态521 1043其他漏率模型523 1044漏率转换525 105漏率检测方法527 1051气泡法527 1052氦质谱法528 1053压力变化法534 参考文献537 第11章展望539 111运载火箭技术发展趋势539 112增压输送系统的发展趋势540 113增压输送系统组件发展趋势541 114增压输送系统试验技术发展趋势542 115增压输送系统仿真技术发展趋势542 参考文献544
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