火箭贮箱“减肥”记

http://142.54.178.10/show.php?f=1&t=1456448&m=11485274
2013-09-30

火箭推力来自火箭发动机燃烧推进剂，把卫星等有效载荷送到预定轨道。火箭总重的90%以上均为加注的推进剂。推进剂在飞行过程中并不能燃烧殆尽，每发火箭都会有一些推进剂剩留在贮箱中，以“不可用推进剂”的形式成为火箭的“死重”，随贮箱一起被抛掉。
如果提高这部分“不可用推进剂”的使用率，为火箭“减肥”，火箭是不是就能带更多的有效载荷上天，完成更多的任务呢？为此，一院一部进行了为期2年的探索。
被忽视的“不可用推进剂”
长期以来，推进剂一直都是一个被忽视的默默无闻的角色。
火箭飞行过程中，推进剂经过贮箱底“出流”装置流出，供给至发动机入口，最终燃烧产生推力将火箭送到太空。随着贮箱内推进剂的消耗，增压气体源源不断地充进贮箱维持箱压，以保持贮箱结构及发动机入口推进剂压力。
随着火箭飞行过程中推进剂的不断消耗，当推进剂下降至贮箱底部附近时，如果贮箱内出现漩涡或液面塌陷，则会造成增压气体随推进剂进入发动机入口，最终造成发动机液面塌陷，最终造成发动机涡轮气蚀，叶片损坏，直至发生爆炸。
为防止这种现象，人们只有在推进剂还没有完全燃烧完之前就提前关机，而剩下的这部分推进剂不再使用。“不可用推进剂”的重量越大，火箭的运载能力就越小。
传统装置浪费巨大
“出流”大家都不陌生。家里的洗脸池放水时，当水流到池底时，常会形成一个漩涡，这个漩涡使水排放更有吸力。
同样，在火箭贮箱中也可能出现这种状况，在推进剂“出流”过程中，一旦出现这种状况就要终止“出流”。而终止“出流”的时间越早，“不可用推进剂”数量越大，那么，能不能研制出一种新的“出流”装置，大幅减少“不可用推进剂”量呢？
2011年，这个问题摆在了一院一部11室5组邵业涛面前。那时，长征五号和长征七号运载火箭正在紧张的研制过程中，不同于常规运载火箭，长征五号的贮箱规格大，且是球形底，长征七号输送管更粗，均不利于出流。
相同液面塌陷高度，5米贮箱的剩余量会较普通贮箱高3倍多。试验之初，采用常规型号使用的“出流装置”，形成的“不可用推进剂”量始终远大于总体要求，个别贮箱经过多次尝试，剩余量最小也达800公斤以上，占推进剂总量的约千分之八。
如果这部分“不可用推进剂”能够尽可能多地被应用起来，不仅会减少浪费，还能减轻火箭“自重”，让火箭运载更多的“有效载荷”上天。
让“不可用推进剂”减少50%
“新出流装置”研发起来并没有那么容易，然而，研制人员并没有动摇，他们在广泛调研国外文献资粮，分析不同装置的“防塌陷”效果，通过自学数值仿真软件进行新装置的有效性数值分析，想方设法将剩余量减少下来。
功夫不负有心人，2012年11月，经过近百次试验，适用于长征五号和长征七号火箭的全新“消漩防塌装置”应运而生。
新“消漩防塌装置”完全不同于在飞型号的出流装置，它以盖板加叶片形式防止贮箱内的“推进剂”出现页面塌陷和漩涡，装在火箭贮箱出流口位置。使长征五号一级氧箱、长征七号各“单出口贮箱”的推进剂剩余量减少了50%，其他双贮箱也实现了20%～30%的剩余量减少，大幅提升了两型火箭的运载能力。
通过提高推进剂的使用率，研发人员成功为火箭贮箱进行了“减肥”，提升了火箭的运载能力。(张娟娟) 来源：中国航天网



http://142.54.178.10/show.php?f=1&t=1456448&m=11485274
2013-09-30

火箭推力来自火箭发动机燃烧推进剂，把卫星等有效载荷送到预定轨道。火箭总重的90%以上均为加注的推进剂。推进剂在飞行过程中并不能燃烧殆尽，每发火箭都会有一些推进剂剩留在贮箱中，以“不可用推进剂”的形式成为火箭的“死重”，随贮箱一起被抛掉。
如果提高这部分“不可用推进剂”的使用率，为火箭“减肥”，火箭是不是就能带更多的有效载荷上天，完成更多的任务呢？为此，一院一部进行了为期2年的探索。
被忽视的“不可用推进剂”
长期以来，推进剂一直都是一个被忽视的默默无闻的角色。
火箭飞行过程中，推进剂经过贮箱底“出流”装置流出，供给至发动机入口，最终燃烧产生推力将火箭送到太空。随着贮箱内推进剂的消耗，增压气体源源不断地充进贮箱维持箱压，以保持贮箱结构及发动机入口推进剂压力。
随着火箭飞行过程中推进剂的不断消耗，当推进剂下降至贮箱底部附近时，如果贮箱内出现漩涡或液面塌陷，则会造成增压气体随推进剂进入发动机入口，最终造成发动机液面塌陷，最终造成发动机涡轮气蚀，叶片损坏，直至发生爆炸。
为防止这种现象，人们只有在推进剂还没有完全燃烧完之前就提前关机，而剩下的这部分推进剂不再使用。“不可用推进剂”的重量越大，火箭的运载能力就越小。
传统装置浪费巨大
“出流”大家都不陌生。家里的洗脸池放水时，当水流到池底时，常会形成一个漩涡，这个漩涡使水排放更有吸力。
同样，在火箭贮箱中也可能出现这种状况，在推进剂“出流”过程中，一旦出现这种状况就要终止“出流”。而终止“出流”的时间越早，“不可用推进剂”数量越大，那么，能不能研制出一种新的“出流”装置，大幅减少“不可用推进剂”量呢？
2011年，这个问题摆在了一院一部11室5组邵业涛面前。那时，长征五号和长征七号运载火箭正在紧张的研制过程中，不同于常规运载火箭，长征五号的贮箱规格大，且是球形底，长征七号输送管更粗，均不利于出流。
相同液面塌陷高度，5米贮箱的剩余量会较普通贮箱高3倍多。试验之初，采用常规型号使用的“出流装置”，形成的“不可用推进剂”量始终远大于总体要求，个别贮箱经过多次尝试，剩余量最小也达800公斤以上，占推进剂总量的约千分之八。
如果这部分“不可用推进剂”能够尽可能多地被应用起来，不仅会减少浪费，还能减轻火箭“自重”，让火箭运载更多的“有效载荷”上天。
让“不可用推进剂”减少50%
“新出流装置”研发起来并没有那么容易，然而，研制人员并没有动摇，他们在广泛调研国外文献资粮，分析不同装置的“防塌陷”效果，通过自学数值仿真软件进行新装置的有效性数值分析，想方设法将剩余量减少下来。
功夫不负有心人，2012年11月，经过近百次试验，适用于长征五号和长征七号火箭的全新“消漩防塌装置”应运而生。
新“消漩防塌装置”完全不同于在飞型号的出流装置，它以盖板加叶片形式防止贮箱内的“推进剂”出现页面塌陷和漩涡，装在火箭贮箱出流口位置。使长征五号一级氧箱、长征七号各“单出口贮箱”的推进剂剩余量减少了50%，其他双贮箱也实现了20%～30%的剩余量减少，大幅提升了两型火箭的运载能力。
通过提高推进剂的使用率，研发人员成功为火箭贮箱进行了“减肥”，提升了火箭的运载能力。(张娟娟) 来源：中国航天网