液体火箭发动机设计的新技术和新成就(组图)

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本书为北京航空航天大学蔡国标老师团队的《液体火箭发动机设计》，结合理论，系统描述了液体火箭发动机系统、推力室、气体发生器、涡轮泵、阀门和调节器的设计。结合实践，体现当前液体火箭发动机设计的新技术和新成果。

截至 11 月 18 日，所有更新均已完成。不足之处很多，也有很多作者没看懂的地方，所以选择略过。未来我们可能会检查并填补空白并添加一些内容。这个系列是我自己的学习和纪念，希望以后能有很大的进步。

以下是第6章阀门与调节器设计的内容：

6 - 1 发动机气门的定义及其作用是什么？

在液体火箭发动机系统中，控制工质流动或调节工质参数的部件称为阀门（简称阀门）。关机），调整过程可以顺利进行。

6 - 2 阀门按功能分有哪些类型？

液体火箭发动机所用阀门的功能可分为：用于控制发动机工作过程的阀门，具有导流、切断、止回、溢流、泄压等功能，如启动阀、截止阀、止回阀、溢流阀、泄压阀等；用于调节发动机主要性能参数的阀门，通常称为调节器或调节阀，如减压器、压力调节器和节流环等。

6 - 3 简述发动机控制系统设计的基本步骤。

①选择控制方式。包括开环控制和闭环控制。

②选择具体的调整方案。根据要求，选择了几种方案进行综合比较，包括可靠性、调整精度、

动态特性和结构复杂性等

③确定阀门参数。在额定条件和极端工作条件下，确定流量和压力等参数。

④确定阀门总成。包括结构类型、控制方式和电源等。

⑤分析系统和组件的静态和动态特性。

⑥进行结构设计。

⑦进行生产和测试。

6 - 4 阀门和调节器如何分类？

阀门：按用途和功能分类，按阀门使用次数分类，按执行机构能量分类，按阀门正常或初始位置分类，按密封原理分类，按密封原理分类阀门结构类型

调节剂：按用途分类、按调整参数分类、按不同工作流体分类、按结构分类、按敏感成分分类

6 - 5 简述阀门的工作条件。

在液体火箭发动机上调节阀的工作原理，阀门的工作条件基本上可以分为三类：运输、储存条件、环境条件和发动机运行条件。

阀门在运输过程中会受到振动和冲击；存放于地面时，阀门会受到地面温度、湿度等环境的影响；在航天器飞行过程中，阀门还受到外界环境温度和压力的影响。变化的影响；在发动机运行过程中，气门受发动机本身的振动条件和推力室热侵入引起的急剧温度梯度的影响。此外，在发动机储存和运行过程中泰科流体控制阀门，阀门还受到推进剂腐蚀或工作液压力和温度的影响。

6 - 6 简述阀门的基本设计要求。

密封性、介质兼容性、动作响应时间、工作稳定性和可重复性

6 - 7 阀门设计的主要因素有哪些？

流动介质、压降和流量、流量特性、工作温度、工作压力、泄漏率、响应速度、工作寿命和安装尺寸等这些因素不是独立的，必须考虑各个因素的相互作用在研究任何设计因素时。

上述因素可分为以下两类：规定因素，即包括流动介质、工作压力、工作温度和流量特性等；设计指标，即包括压降、泄漏率、响应时间、工作寿命和安装尺寸等。为满足关键设计要求，有时需要适当放宽某个设计因素的指标，但不会影响阀门的工作性能。

6 - 8 试分析截止阀（蝶阀、蘑菇阀、电爆阀）的功能、结构及工作过程。

蝶阀是指阀芯为圆盘，可随传递旋转运动的轴一起转动以达到开启和关闭功能的阀门。可分为一次性使用和多次使用两种。蝶阀流体阻力小，结构紧凑，质量小，使用方便。蝶阀关闭速度较慢，对管道的影响较小，因此是大推力液体火箭发动机中使用最广泛的阀门类型之一。

细菌阀是一种由气压控制的常闭阀。阀门做往复运动，可直接与执行器连接。蘑菇形气门结构相对简单，应用广泛，如“土星”五号火箭的一级发动机和长征运载火箭的上级发动机等。但由于这种阀的结构使内部通道中的液体转向，因此压力损失较大。

电动防爆阀配备质量小、能量高的能量江苏阀门厂家，如电动防爆管调节阀的工作原理，在给定指令下引爆，将势能化学能转化为机械能，实现阀门的开启或关闭。液体火箭发动机中常用的电动防爆阀为常开常闭。与普通阀门相比，该阀门具有结构简单、反应速度快、可靠性高、制造成本低等优点。它的主要缺点是：安装在发动机上时，不能检查气门动作的协调性，从而降低了可靠性。此外，每次调整和试车后，必须将发动机从试验台上拆下才能供电。防爆阀重新安装了电爆管，使发动机的反复启动试运行复杂化。

6 - 9 试分析隔离阀（隔膜蝶阀、球阀等）的功能、结构及工作过程。

隔离阀通常安装在发动机进气管路系统中，其主要作用是：将发动机管路与箭体供气管路分开；罐体与隔离阀之间的推进剂起到组合阀的作用；用作火箭储罐和推进剂供应管道密封试验的密封装置。因此，大多数隔离阀都是一次工作的隔膜阀

如图6.7，发动机启动时江苏阀门厂家，安装在电雷管安装座上的电雷管通电，瞬间产生的高压火药气体作用于活塞，活塞被在高压气体中。在作用下，迅速而猛烈地撞击下阀瓣的凸块，使上阀瓣从圆周上的缺口处（强度最差的地方）撕裂，整个阀瓣在下阀瓣下迅速打开。活塞的冲击力。当阀门旋转到90°位置时，它被止动轴顶部的凸块挡住。这时限位销也随阀瓣一起转动，正好落入止动轴中间的限位槽中，从而锁定阀瓣，使阀瓣不能来​​回摆动，也不能摆动。折断了。

隔膜阀主要由上下壳体夹着一个隔膜组成。当上游压力达到预定值时，隔膜破裂，称为自然破裂隔膜。为了控制膜片的破裂压力值和破裂位置，一般采用冲压的方法在膜片上预制一定形状的槽口，在膜片破裂处也起到防止切屑掉落的作用。

由于球形阀可以安装在管道中，不限制液体的流动，所以压力损失一般较小，同时也可以增加高压装置结构的坚固性，比如美国航天飞机主机上使用的液氧球阀。对于大口径阀门阀门厂家，由于难以满足飞行质量和形状要求，因此不常用。但是对于地面使用的设备，由于阀门的质量和尺寸要求不是很严格，所以经常使用各种球阀。

6 - 10 尝试分析其他阀门（电动空气阀和电磁阀）的功能、结构和工作过程。

电动空气阀的工作原理如图6.12。阀体上有进气口B、出气口C和排气口D。当电磁铁断电时，压缩气体从进气口В进入，经过打开的辅助阀芯，通过流道H进入М腔，使主阀芯7打开，另一个主阀芯5打开。关闭，压缩气体从入口排出。气口В沿出气口С流出，为其他气动阀提供高压气体。当电磁铁通电时，电磁力通过顶杆传递给副阀芯，使副阀芯关闭，同时排气孔打开。阀芯7关闭，另一个主阀芯5打开阀门公司，出气口С与排气口D连通，气动阀内的压缩气体通过排气口D排出。

电磁阀是一些液体火箭发动机和地面附件中的重要部件，是由电磁执行器控制的阀门。液体火箭发动机工作时间长，易于实现变推力，可多次启动，可实现更高频率的脉冲工作。目前，大部分的姿态和轨道控制发动机使用液体火箭发动机，其系统解决方案多为挤压式。为了实现多次重复启动或高频脉冲工作，系统中常使用电磁阀来控制流量。当线圈组件3通电时，产生电磁感应，磁铁产生吸力吸引衔铁，从而克服弹簧5的作用力，带动阀芯6运动，实现开启。断电时，阀芯6在弹簧5和流体的作用下关闭。

6 - 1 1 稳压器的主要设计要求是什么？

①流量特性应满足设计要求，流量特性可以通过节流元件的几何形状和位置来实现。一个

一般要求其固有的流量特性是线性的，即调整后的参数与控制信号之间存在线性关系。

②要求调整参数的正向和返回特性的偏差（即滞后）尽可能小。

③增益或灵敏度要高，即流量变化与相应阀芯行程变化的比值要适当大。

④调节比大，即调节器最大与最小可调流量（即节流能力）之比较大，这对于变推力发电机非常重要

动机尤其重要。

⑤尽量减少干扰因素对调节器的影响，如减少进口压力的波动，减少运动部件的摩擦。

⑥合理的流道设计，使压降尽可能集中在节流部分，尽可能降低节流部分的最小压降。

6 - 1 2 减压器的分类有哪些？

气体减压器是通过阀芯节流将高压气体降低到恒定的较低输出压力。当进口压力变化较大时，要求出口压力在给定的精度范围内变化。

按敏感元件分：膜片式减压器、膜片式减压器、柱塞式减压器

按用途分：流量减压器、指令减压器

按性能分：非卸荷正向减压器、非卸荷反向减压器、卸荷反向减压器

根据有无参考弹簧：有参考弹簧减压器，不带参考弹簧减压器

6 - 1 3 试分析减压器的功能、结构及工作过程。

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