液体火箭发动机系统稳定性

　为了满足航天运输的需要，必须研制出能量密度尽可能高的动力装置——液体火箭发动机。液体火箭发动机工作中，伴随着强烈的机械与化学能量转化过程，包括推进剂的高速流动、高速机械旋转、气液掺混、剧烈燃烧与传热、流固热声的耦合等过程，而建立起能够准确描述这些过程的可靠模型是发动机研制的理论基础。
　　经过近百年的研究和发展，液体火箭发动机科研人员已经积累了丰富的研究经验，建立了比较全面的理论技术体系。对于发动机静态特性，形成了较为完备的模型和计算方法，已经具备对稳态工况准确预示和调节的能力；对于发动机起动、关机等过渡过程，结合仿真和工程经验，也形成了各种循环方式发动机的控制原则和策略；而通过对某些工况点下或过渡过程中的振荡过程进行建模和试验验证研究发动机系统稳定性特性，一直是液体火箭发动机技术研究中的难题。
　　在挤压式发动机系统、开式循环发动机系统、补燃循环发动机系统、冲压发动机、吸气式组合发动机系统以及很多地面试验系统中，流体经常会出现较大幅值的特定突频振荡，这就是本书探讨的系统稳定性问题，这些特定频率的流体振荡会引起发动机结构振动，甚至推力波动。幅值较大时，会导致结构破坏，特别是补燃循环发动机系统，其工作过程的能量密度最高，通过频带宽，有些环节有相位滞后，这些都会导致某些发动机组件、分系统甚至整个主系统回路在某些频率下失去工作稳定性。系统振荡过程往往与燃烧、气液掺混流动、机械运动等复杂的动力学过程相关，系统振荡频率范围覆盖了低频（在50Hz以下）、中频（50-400Hz）和高频（在400Hz以上），很多振荡过程的数据特征相似，但机理完全不同，所采取的抑制措施也不尽相同；系统的振荡过程对边界条件也非常敏感，在飞行过程和地面试验系统中，表现的特征也大相径庭。正由于这些原因，给发动机振荡过程的机理分析与建模、试验方案设计与验证以及稳定性控制带来了很大的难度。

《液体火箭发动机系统稳定性》重点针对液体火箭发动机系统的振荡过程，介绍了适用于不同频率范围的液路系统、流体机械系统、气路系统的动力学模型，包括时域模型、频域模型，在此基础上，针对不同机理的系统振荡问题讨论了系统流体与机械运动耦合稳定性、流体与燃烧过程耦合稳定性、两相流体动力学过程耦合稳定性、发动机整机系统频率特性及稳定性等问题，分析了系统振荡机理、振荡特性和控制措施。
　　《液体火箭发动机系统稳定性》还通过发动机研究中的实例介绍了通过冷态试验或热试验研究系统稳定性的方法，书中的理论与方法都通过了实际发动机的验证。
　　《液体火箭发动机系统稳定性》可作为液体火箭发动机领域工程技术人员的参考书，也可作为液体火箭发动机专业本科高年级学生及研究生教学、科研用书。

第1章 绪论
1．1 概述
1．2 液体火箭发动机系统
1．3 发动机各组件非稳态过程的特点及数学模型
1．4 发动机稳定性问题分类
1．5 发动机系统动态特性试验
参考文献

第2章 稳定性分析基础理论
2．1 经典控制理论
2．1．1 非线性数学模型的线性化
2．1．2 拉普拉斯变换
2．1．3 传递函数
2．1．4 频率特性
2．1．5 频域稳定性分析
2．2 状态空间理论
2．2．1 状态空间描述
2．2．2 状态空间分析方法
参考文献

第3章 发动机动态特性数学模型
3．1 流体动力学的基本研究方法
3．1．1 研究流体运动的方法
3．1．2 雷诺输运定理
3．2 声速
3．2．1 液体声速
3．2．2 气体声速
3．3 液路模型
3．3．1 集中参数的液路直管模型
3．3．2 分布参数的液路直管模型
3．3．3 其他特殊液路的模型
3．3．4 液体流路分析
3．4 气路模型
3．4．1 绝热流动气路模型
3．4．2 瞬时混合气路模型
3．4．3 分布参数气路模型
3．5 涡轮泵功率模型
3．5．1 涡轮功率方程
3．5．2 泵功率方程
3．5．3 涡轮泵方程
参考文献
……

第4章 系统流体与机械运动耦合稳定性
第5章 供应系统与燃烧组件耦合稳定性
第6章 两相流体动力学过程耦合稳定性
第7章 发动机系统低频频率特性
第8章 发动机动态特性试验研究

《液体火箭发动机系统稳定性》重点针对液体火箭发动机系统的振荡过程，介绍了适用于不同频率范围的液路系统、流体机械系统、气路系统的动力学模型，包括时域模型、频域模型，在此基础上，针对不同机理的系统振荡问题讨论了系统流体与机械运动耦合稳定性、流体与燃烧过程耦合稳定性、两相流体动力学过程耦合稳定性、发动机整机系统频率特性及稳定性等问题，分析了系统振荡机理、振荡特性和控制措施。
　　《液体火箭发动机系统稳定性》还通过发动机研究中的实例介绍了通过冷态试验或热试验研究系统稳定性的方法，书中的理论与方法都通过了实际发动机的验证。
　　《液体火箭发动机系统稳定性》可作为液体火箭发动机领域工程技术人员的参考书，也可作为液体火箭发动机专业本科高年级学生及研究生教学、科研用书。