航天推进技术
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天津西青
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作者谭永华
出版社中国宇航出版社
ISBN9787515912110
出版时间2016-11
装帧平装
开本32开
定价148元
货号1201650564
上书时间2024-10-17
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商品详情
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前言
航天液体推进技术是人类空间活动的基础,其概念提出和理论
研究起步于20世纪初期。冷战时期,美苏研制了数百种液体火箭发
动机,促进了相关技术的初步应用和全面发展。20世纪90年代以
来,随着商业航天发展模式兴起,各国进一步研制了多种高可靠、
高性能、低使用成本的无毒环保型发动机,支撑着航天技术的创新
与发展。
20世纪50年代后期,中国开始发展航天事业,液体动力推进技
术经历了仿制、自主研制、全面发展和创新发展的四个阶段。60年
代,在吸收国外技术的基础上研制成功YF 2系列发动机,支撑了
中国导弹武器的发展,用于长征一号运载火箭,发射了东方红一号
卫星。70年代初,自主成功研制700kN推力YF 20发动机,用于
战略导弹。在此基础上, 进行了性能和可靠性提升, 推力提高到
750kN,同时,研制了YF 73、YF 75液氧液氢上面级发动机、
YF 40常规推进剂上面级发动机,形成了现役运载火箭的主动力,
为载入航天、月球探测等重大航天活动和各类卫星发射提供了坚强
的动力。这一时期,空间推进技术也取得了长足的发展,研制了许
多产品应用于导弹武器、航天器和卫星的轨姿控动力系统。90年代
以来,根据航天动力发展方向,形成了液氧煤油发动机和液氧液氢
发动机两种主动力体系,研制成功1200kN 和180kN 液氧煤油发动
机、500kN 和90kN 液氧液氢发动机,用于新一代运载火箭,大幅
度提高了中国进入空间的能力,将成为空间站建设、探月工程三期、
火星探测等重大航天工程的主动力。根据未来发展的需求,目前已
启动重型运载火箭大推力液氧煤油发动机和液氧液氢发动机研制,
为大规模进入空间、开展载入登月和深空探测提供强大动力。与此
同时,电推进已经进入工程应用阶段,吸气式发动机及其组合推进
正进入工程探索阶段,核推进、微推进系统等新概念推进技术处于
关键技术攻关阶段。
为了更好把握世界航天推进技术的发展态势,总结我国航天推
进技术的发展经验,撰写了本书。由于固体火箭发动机技术是相对
独立的技术领域,不在本书的论述范围内,本书主要论述液体推进
技术和特种推进技术,共分为11章,其中,第1章为概论,介绍航
天推进技术的基本概念、名词术语和分类;第2章常规发动机,介
绍国内外可贮存推进剂发动机的典型产品,及其设计指导思想和设
计细节;第3章低温发动机,介绍国内外典型和研制的液氧煤
油发动机、液氧液氢发动机、液氧甲烷发动机的设计方法、设计参
数和设计特点及发展趋势;第4章变推力发动机,主要论述泵压式、
挤压式两种发动机的变推力实现模式、特点、设计方法和设计细节。
第5章过氧化氢发动机,介绍单组元、双组元过氧化氢发动机的特
点、设计方法、设计细节和发展趋势; 第6章凝胶推进剂发动机,
介绍凝胶推进剂的流动、雾化和理化特性,给出了凝胶发动机的设
计方法、设计细节;第7章冲压发动机,回顾了冲压发动机的国内
外发展现状,给出了冲压发动机关键技术的解决思路和设计方法,
梳理了冲压发动机的发展趋势;第8章组合发动机,介绍国内外火
箭基组合发动机、涡轮基组合发动机、复合预冷发动机等组合发动
机的发展现状和发展趋势,各种组合发动机的技术特点、关键技术
和设计方法;第9章电推进,介绍世界各种推进的发展现状和趋势、
用途、设计特点和设计方法; 第10章基于MEMS的微推进技术,
论述基于MEMS的微推进技术的基本原理, 不同种类微推力室、
泵、阀门等组件的设计方法,同时也论述了发展现状和趋势;第11
章其他特种推进技术,介绍了核推进技术、太阳热推进技术、太阳
帆推进技术、脉冲爆震发动机等特种推进技术的概念、发展现状与
趋势、特点和用途。
在本书的编写过程中,张贵田、孙宏明、丁丰年、陈祖奎等参
与了全书的策划。孙宏明参加了第1章、第2章撰写,丁丰年、张
小平参加了第3章撰写, 林革、靳爱国、陈展参加了第4章撰写,
林革、凌前程参加了第5章撰写,郝智超、陈祖奎参加了第6章撰
写,杨宝娥、王玉峰、吕奇伟、严俊峰、付莉莉、周杰、尤裕荣参
加了第7章撰写,张玫、南向谊、张蒙正参加了第8章撰写,韩先
伟、魏建国参加了第9章撰写, 张晰哲、陈祖奎参加了第10章撰
写,唐周强、陈祖奎参加了第11章撰写。孙宏明、丁丰年、陈祖
奎、林革、杜飞平等参加了全书的审校工作。
在本书的策划和撰写过程中, 得到了张贵田院士的悉心指导,
在出版过程中,得到了中国宇航出版社的大力支持,在此一并表示
感谢。
本书在撰写的过程中,力求做到结构完整、概念清晰、论述清
楚流畅,但由于航天推进技术领域广阔,特别是新型推进技术仍然
处于发展和探索时期,本书的内容难免会有错误或疏漏,恳请读者
批评指正。
2016年11月于西安
商品简介
本书主要介绍了各种航天推进剂技术与应用及其发展趋势，全书内容主要包括：液体推进技术、特种推进技术的分类、组成及发展趋势，常规推进剂发动机技术，低温发动机技术，变推力发动机技术，过氧化氢推进技术，凝胶推进技术，冲压发动机技术，组合推进技术，电推进技术，基于MEMS的微推进技术、核推进技术、太阳能热推进技术、太阳帆推进技术等的工作原理、重要性能、基本组成、技术特点、典型结构、研究水平和应用现状等。
作者简介
谭永华，中国液体火箭发动机专家、研究员，先后参与并组织领导了我国多种重点型号液体火箭发动机的研制工作，为我国航天事业的发展和国防技术现代化建设做出了重要贡献。
目录
第1章 绪 论 ……………………………………………………… 1
1.1 引言 …………………………………………………………… 1
1.2 液体推进技术 ………………………………………………… 2
1.2.1 液体火箭发动机的发展 ………………………………… 2
1.2.2 液体火箭发动机分类 …………………………………… 3
1.2.3 液体火箭发动机组成 …………………………………… 7
1.3 特种推进技术 ……………………………………………… 10
参考文献 …………………………………………………………… 12
第2章 常规推进剂发动机技术 …………………………………… 13
2.1 引言 ………………………………………………………… 13
2.2 主级发动机 ………………………………………………… 14
2.2.1 LR 87 AJ 11发动机……………………………… 15
2.2.2 维金5发动机 ………………………………………… 18
2.2.3 YF 20发动机 ………………………………………… 20
2.2.4 RD 253发动机 ……………………………………… 22
2.3 上面级发动机 ……………………………………………… 32
2.3.1 LR 81 BA 9发动机 ……………………………… 32
2.3.2 AJ 10 137发动机 ………………………………… 33
2.4 姿态控制发动机 …………………………………………… 34
2.4.1 R 4D发动机 ………………………………………… 34
2.4.2 YF 80发动机 ………………………………………… 36
2.4.3 FY 81发动机 ………………………………………… 38
2.4.4 DK600 3发动机……………………………………… 39
参考文献 …………………………………………………………… 40
第3章 低温发动机技术 …………………………………………… 41
3.1 引言 ………………………………………………………… 41
3.2 液氧/煤油发动机 …………………………………………… 45
3.2.1 发动机系统 …………………………………………… 47
3.2.2 燃气发生器循环发动机 ……………………………… 58
3.2.3 补燃循环发动机 ……………………………………… 80
3.2.4 发展趋势分析 ………………………………………… 91
3.3 液氧/液氢发动机 …………………………………………… 93
3.3.1 发动机系统 …………………………………………… 98
3.3.2 燃气发生器循环发动机 ……………………………… 101
3.3.3 补燃循环发动机 ……………………………………… 109
3.3.4 膨胀循环发动机 ……………………………………… 118
3.3.5 发展趋势分析 ………………………………………… 124
3.4 液氧/甲烷发动机 ………………………………………… 126
3.4.1 发动机系统 …………………………………………… 130
3.4.2 发动机研制现状 ……………………………………… 139
3.4.3 发展趋势分析 ………………………………………… 145
3.5 低温发动机的关键技术 …………………………………… 146
3.6 低温发动机的发展趋势 …………………………………… 154
参考文献 ………………………………………………………… 158
第4章 变推力发动机技术 ……………………………………… 161
4.1 引言 ………………………………………………………… 161
4.2 发动机变推力途径 ………………………………………… 164
4.3 针栓式变推力发动机 ……………………………………… 170
4.3.1 发动机系统方案 ……………………………………… 170
4.3.2 针栓式喷注器 ………………………………………… 178
4.3.3 流量调节器 …………………………………………… 194
4.3.4 国内外研究现状 ……………………………………… 197
4.4 燃气发生器循环变推力发动机 …………………………… 205
4.4.1 发动机系统 …………………………………………… 205
4.4.2 推力调节方案比较 …………………………………… 208
4.5 应用前景 …………………………………………………… 225
参考文献 ………………………………………………………… 226
第5章 过氧化氢推进技术 ……………………………………… 228
5.1 引言 ………………………………………………………… 228
5.2 过氧化氢特性及应用 ……………………………………… 228
5.2.1 过氧化氢特性 ………………………………………… 228
5.2.2 过氧化氢应用 ………………………………………… 230
5.3 单组元发动机技术 ………………………………………… 235
5.3.1 关键技术 ……………………………………………… 235
5.3.2 国外研究现状 ………………………………………… 239
5.3.3 国内研究现状 ………………………………………… 241
5.4 双组元发动机技术 ………………………………………… 243
5.4.1 发动机系统方案 ……………………………………… 244
5.4.2 发动机循环方式 ……………………………………… 245
5.4.3 推力室点火方式 ……………………………………… 250
5.4.4 多次起动技术 ………………………………………… 253
5.4.5 推力室 ………………………………………………… 255
5.4.6 涡轮泵 ………………………………………………… 256
5.5 展望 ………………………………………………………… 258
参考文献 ………………………………………………………… 260
第6章 凝胶推进技术 …………………………………………… 262
6.1 引言 ………………………………………………………… 262
6.2 凝胶推进剂 ………………………………………………… 262
6.2.1 凝胶推进剂的分类 …………………………………… 263
6.2.2 凝胶推进剂的性能 …………………………………… 264
6.2.3 凝胶推进剂的制备 …………………………………… 266
6.2.4 国内外研究现状 ……………………………………… 268
6.3 凝胶推进剂发动机 ………………………………………… 277
6.3.1 工作原理 ……………………………………………… 277
6.3.2 优势对比 ……………………………………………… 278
6.3.3 关键技术 ……………………………………………… 282
6.4 应用前景 …………………………………………………… 285
6.4.1 运载火箭 ……………………………………………… 285
6.4.2 战术导弹 ……………………………………………… 287
参考文献 ………………………………………………………… 289
第7章 冲压发动机技术 ………………………………………… 293
7.1 引言 ………………………………………………………… 293
7.2 亚燃冲压发动机 …………………………………………… 295
7.2.1 工作原理 ……………………………………………… 295
7.2.2 结构组成 ……………………………………………… 296
7.2.3 发展阶段 ……………………………………………… 309
7.2.4 一体化设计 …………………………………………… 315
7.3 超燃冲压发动机 …………………………………………… 317
7.3.1 工作原理 ……………………………………………… 317
7.3.2 发展阶段 ……………………………………………… 317
7.3.3 关键技术 ……………………………………………… 318
参考文献 ………………………………………………………… 325
第8章 组合推进技术 …………………………………………… 327
8.1 引言 ………………………………………………………… 327
8.2 火箭基组合循环推进系统 ………………………………… 328
8.2.1 工作原理 ……………………………………………… 328
8.2.2 发动机分类 …………………………………………… 330
8.2.3 结构组成 ……………………………………………… 332
8.2.4 性能优势 ……………………………………………… 333
8.2.5 主要用途 ……………………………………………… 334
8.2.6 研究现状 ……………………………………………… 338
8.3 涡轮基组合循环推进系统 ………………………………… 355
8.3.1 工作原理 ……………………………………………… 355
8.3.2 发动机分类 …………………………………………… 358
8.3.3 结构组成 ……………………………………………… 358
8.3.4 性能计算 ……………………………………………… 359
8.3.5 性能优势 ……………………………………………… 362
8.3.6 主要用途 ……………………………………………… 363
8.3.7 研究现状 ……………………………………………… 366
8.4 预冷吸气式组合推进系统 ………………………………… 375
8.4.1 工作原理 ……………………………………………… 375
8.4.2 发动机分类 …………………………………………… 377
8.4.3 结构组成 ……………………………………………… 378
8.4.4 性能优势 ……………………………………………… 380
8.4.5 主要用途 ……………………………………………… 380
8.4.6 研究现状 ……………………………………………… 382
参考文献 ………………………………………………………… 396
第9章 电推进技术 ……………………………………………… 401
9.1 引言 ………………………………………………………… 401
9.2 电热式推力器 ……………………………………………… 406
9.2.1 电阻加热推力器 ……………………………………… 406
9.2.2 电弧加热推力器 ……………………………………… 411
9.3 电磁式推力器 ……………………………………………… 423
9.3.1 脉冲等离子体推力器 ………………………………… 424
9.3.2 稳态等离子体推力器 ………………………………… 435
9.3.3 可变比冲磁等离子体推力器 ………………………… 448
9.4 静电式推力器 ……………………………………………… 455
9.4.1 氙离子推力器 ………………………………………… 455
9.4.2 场效应静电推力器 …………………………………… 468
参考文献 ………………………………………………………… 481
第10章 基于 MEMS的微推进技术 …………………………… 483
10.1 引言 ……………………………………………………… 483
10.2 MEMS微推进的基本原理 ……………………………… 486
10.2.1 MEMS加工技术 …………………………………… 487
10.2.2 MEMS的微型组件 ………………………………… 491
10.2.3 MEMS的微推进系统 ……………………………… 497
10.3 MEMS微推进的性能计算 ……………………………… 501
10.3.1 MEMS的微型致动器 ……………………………… 501
10.3.2 MEMS的电阻加热推力器性能 …………………… 504
10.3.3 MEMS的双组元推力器性能 ……………………… 505
10.4 MEMS微推进的研究现状 ……………………………… 507
10.4.1 MEMS的微型泵发展现状 ………………………… 508
10.4.2 MEMS的微型阀发展现状 ………………………… 510
10.4.3 MEMS的微推力器发展现状 ……………………… 513
参考文献 ………………………………………………………… 518
第11章 其他特种推进技术 ……………………………………… 520
11.1 引言 ……………………………………………………… 520
11.2 核推进技术 ……………………………………………… 520
11.2.1 核裂变推进技术 …………………………………… 520
11.2.2 核聚变推进技术 …………………………………… 527
11.2.3 反物质推进技术 …………………………………… 528
11.3 太阳能热推进技术 ……………………………………… 529
11.3.1 工作原理 …………………………………………… 529
11.3.2 特点及应用 ………………………………………… 532
11.3.3 研究现状 …………………………………………… 533
11.4 太阳帆推进技术 ………………………………………… 538
11.4.1 原理及组成 ………………………………………… 538
11.4.2 特点及应用 ………………………………………… 541
11.4.3 研究现状 …………………………………………… 542
11.5 脉冲爆震推进技术 ……………………………………… 543
11.5.1 工作原理 …………………………………………… 543
11.5.2 特点及应用 ………………………………………… 545
11.5.3 研究现状 …………………………………………… 546
11.6 其他新型推进技术 ……………………………………… 546
11.6.1 高能推进剂技术 …………………………………… 546
11.6.2 绳系推进技术 ……………………………………… 547
11.6.3 束能推进技术 ……………………………………… 548
11.6.4 等离子体帆推进技术 ……………………………… 548
参考文献 ………………………………………………………… 550
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