推进剂供应系统

推进剂供应系统又称推进剂输送系统。液体火箭发动机中将推进剂组元输送到发动机推力室等各相应部位的系统。它的功用是将推进剂组元按要求的流量和压力，协调地输送到发动机各相应部位，保证发动机正常工作。

作用

推进剂供应系统的功用是将贮箱中的推进剂按照要求的流量和压力输送到推力室中。推进剂供应系统一般分为两大类：一类是挤压式供应系统，简称挤压式系统；另一类是泵压式供应系统，简称泵压式系统。挤压式系统由高压气体建立供应压力；泵压式系统主要由泵建立供应压力。为了使泵不产生气蚀，泵压式系统也需要一定的贮箱压力．但其压力值比挤压系统低得多。

推进剂供应系统有两个主要功能：提高推进剂的压力；把推进剂输送到一个或多个推力室。完成这些功能所需的能量要么来自于高压气体或离心泵，要么同时来自于这两者。具体供应系统及其组件的选择主要取决于发动机的用途、本章一开始提到的发动机要求、工作时间、推力室数目或类型、以往研制经验、任务以及对发动机的一般要求(方案简单、容易制造、成本低、质量小)。所有供应系统都包括管路、多个阀门、用于加注和排放推进剂的装置以及用于启动、关机、调节流量和工况的控制装置。

一般来说，当总冲或推进剂量相对较小、室压较低、发动机推重比较小(小于0．6)、需要反复的短脉冲工作时，采用挤压式供应系统的飞行器的性能要优于泵压式系统，这种情况下发动机系统的主要死重通常是厚壁推进剂贮箱和气瓶的质量。在泵压式系统中，推进剂贮箱压力要低得多(相差10～40倍)，因此贮箱质量要小很多(同样也相差10～40倍)。当总冲较大(速度增量大)、室压较高时，通常采用泵压式系统的飞行器性能更好。

系统组成

推进剂供应系统是液体火箭发动机的重要组成部分，主要包括贮存和产生增压气体的装置、推进剂升压装置、输送管路、各种阀门及流量或压力调节装置等。

推进剂供应系统组成部分的范围并没有严格的划分方法。一般以以下事实来区分供应系统组成部分的范同：若贮箱及其增压系统由发动机设计和生产部门提供，则把贮箱及其增压系统作为发动机供应系统的组成部分；若贮箱及其增压系统由运载火箭设计和生产部门提供，则把它作为运载火箭的组成部分。习惯上，把挤压式系统的贮箱及其增压系统作为发动机供应系统的组成部分。

分类

液体火箭中将推进剂从贮箱输送入推力室的系统。推进剂供应系统按工作方式分为挤压式和泵压式两类。

挤压式供应系统

通常由高压气瓶、减压器等组成。贮存在气瓶中的高压惰性气体（氦、氮等）经减压

器后进入贮箱，将推进剂从贮箱挤压到推力室。推进剂的流量由减压器所调定的压力控制。从高压气瓶输出的气体也可经加热后再使用，以节省用气量和减轻气瓶重量。在失重条件下工作的发动机，贮箱内的推进剂有时装在弹性贮囊内，高压气体挤压贮囊以保证推进剂的连续供应。

挤压式供应系统结构简单，工作可靠，但由于推进剂贮箱要承受高压，因而贮箱结构质量较大。这种系统适合于小推力、短时间工作及多次启动的发动机。

挤压物质利用率为有效气体质量与挤压物质总质量的比值。挤压物质利用率越高，表示挤压物质的利用越充分。

在选择挤压物质时，要遵循以下几个原则：

①挤压物质与推进剂和贮箱材料要有良好的相容性。

②挤压系统的质量和尺寸尽可能小。挤压物质密度要大，从而只需要较小体积的容器。

③挤压气体的挤压能力要大。挤压能力定义为贮箱挤压气体压力与挤压气体体积的乘积。由气体状态方程可知，挤压气体的分子量越小，温度越高，则一定质量气体的挤压能力就越大。

按照挤压气体的来源，通常将挤压式系统分为贮气系统、液体汽化系统和化学反应系统三种主要类型。

泵压式供应系统

通常由涡轮泵、燃气发生器、火药起动器等组成。涡轮泵将推进剂输入推力室。涡轮泵是涡轮与泵的组合装置，还包括轴承、密封件和齿轮等。涡轮由燃气发生器生成的燃气或其他气源驱动（见动力循环），通常采用冲击式涡轮，结构简单，重量轻。在闭式动力循环中则采用低压比反力式涡轮。氧化剂泵和燃料泵可由同一涡轮驱动，也可分别由两个涡轮驱动。涡轮与泵同轴或通过齿轮传动，以便在高转速下获得较高效率。液体火箭发动机大都采用离心泵，单级压头高，结构简单。高压液氢泵采用多级离心泵或多级轴流泵。为了防止泵在工作中发生气蚀（在流道中当液体静压低于当地温度下的饱和蒸汽压时产生的气穴现象），须对推进剂贮箱增压，以提高泵的入口压力。贮箱增压按气源可分为贮气增压、自生增压和化学增压。贮气增压用贮存在高压气瓶中的气体作增压气源。自生增压是将低沸点的推进剂从泵后某处分流经换热器加热气化，或从燃气发生器抽出一部分燃气经换热器降温而获得增压气源。化学增压是在自燃推进剂的一种组元的贮箱内注入少量另一组元，在贮箱内发生化学反应生成燃气，用于增压。为了提高泵的抗气蚀性能，通常在离心泵前安装诱导轮或在泵前增设增压泵。燃气发生器的结构与燃烧室类似，利用双组元推进剂的化学反应或单组元推进剂的分解而生成燃气。双组元燃气发生器所用的推进剂通常与推力室用的相同，但两推进剂组元的混合比偏离发动机额定值较远，以防止燃气温度过高而损坏涡轮叶片。火药起动器是使用固体推进剂的燃气发生器。点火装置将固体药柱点燃，生成燃气驱动涡轮，工作时间很短，用于发动机起动。还可用其他起动方式，如用增压气体或液体推进剂起动箱和推进剂贮箱压头起动等。

供应系统方案的选择取决于燃烧室的压力、推力和起动次数等。挤压式供应系统用于低燃烧室压力、小推力和起动频繁的发动机，如姿态控制发动机等。推力较大的助推发动机和主发动机大都采用泵压式供应系统。

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