高压低温容器的航天应用.pdf

2004年第2期
低温工程
No. 2
总第138期
CRYOGENCS
Sum No 138
高压低温容器的航天应用
刘新民刘瑞敏
V4 A
(北京航天试验技术研究所北京100074
摘要介绍了高压低温容器航天应用的主要领域和国内外航天研究机构地面试验设施所用高
压低温容器的现状,比較和遂结了其主要的结构形式。针对中国航天发展的研制和试验需求,结合国
内设计制道能力,介绍了国内新研制的高压液氩、液氧容器的結构形式和加工使用情况,并指出下一
步高压低溫容器发辰方向和需研究的问題。
主题词高压低温容器航天应用
氧、液氢、液氮贮箱
引言
(3)用于氢氧火箭发动机、液氧煤油发动机和火
航天应用的高压低温容器一般指压力大于等于箭箭体的阀门、管道、补偿器等组件的高压低温试验
10MPa,温度低于等于-183℃的钢制压力容器,其用低温介质的贮存试验容器;
装的主要是液氢、液氧、液、液氯等液体介质。国际
(4)用于其它项目的高压低温试验。
先进的液体运载火箭已广泛采用高比冲、无污染的液
氢、液氧作为推进剂,因此氢氧火箭发动机和液氧3国内外高压低温容航天应用现状
油发动机目前已成为各种空间运载工具的主流动力
髙压低温容器是各航天大国在研制低温火箭发
装置。高压低温容器是氢氧火箭发动机和液氧煤油动机过程中地面试验设施普遍装备的设备,目前国内
发动机研制过程中重要的地面试验设施,因此,各宇外航天地面试验设施上所用高压液氢、液氧容器应用
航硏究部门对应用于航天的高压低温容器的设计、制情况见表1。
造和使用均非常重视。国家为开发新一代运载火箭,
从表1可以看出:
已组织开展大推力氢氧火箭发动机和液氧煤油发动
(1)在使用压力上,目前最高已达到60MPa,最
机的研究,相应的地面试验设施高压低温容器也得到大的容器容积已达14m3,使用介质集中于液氢、液
了新的发展。
氧推进剂;
2高压低温容器的航天应用领城
(2)从使用规模上看,根据已掌握的资料和出国
考察的情况,美国在低温高压容器的研究方面处于较
高压低温容器的航天应用主要集中在地面试验领先地位
设施上,其应用领城如下:
(3)容器的结构形式多样,主要有单层和多层,
(1)用于常规动力循环的氢氧火箭发动机的推单层有球形、圆柱形等;
力室喷注单元、燃气发生器和推力室挤压试验系统用
(4)绝热方式包括真空多层绝热、粉末真空绝
液氢、液氧、液氮贮箱;
热、液氯夹套加发泡堆积绝热等多种方式;
(2)用于高压补燃循环的氢氧火箭发动机和液
(5)应用领域集中在低温火箭发动机组合件等
氧煤油发动机的预燃室、推力室挤压试验系统用液试验设施上。
修改稿于2004年2月20日收到。刘新民,男,35岁,高级工程师。
力方数据
第2期
高压低温容器的航天应用
表1国内外航天地面试验设施高压液氢容器应用情况表
美国
徳国
日本
俄岁斯
中园
LH i 40 MPE
LH,: 60.7 MPA, LH,: 41.37 MPA, 1. H, 34.5 MPA. LH,: 10.3 Mpa
LH: 25 MP
LEL: HO MIPA
9.8m3
容器规格
14.38m23;
4.92m':「LO2:40MPea,
O Mpa
7 MPA, L., 34.48 Mpa, LO, 34.5 Mpa LO,: 10.3 MPA
L0i 25 ME
0:15MP2
内外两层,内筒
真空夹套
厚250mm,用
内外两层内筒
结构形式
球形结构
不详
不详
多层菁钢
不详
不详单层卷焊带液
板绕制而成
氯夹套
绝热形式」「真空多层真空多层真空多层真空多层粉未真?不详不垟
高真空
所用型号」SME等RL-10, ALS RL-10.J-2RL-10IM-60,HM-?IE-5,LE-7不详XF-75,D6等
试验类型
推力室、顶「推力室、燃
推力室、燃发
燃室等
发器等
推力室等
不详
器及联试等
推力室等
推力宝等
推力室等
堵西西比州加州受德华空」慨変俄州俄交傻州斯图加特
所属单位( NASA Stennis「军基地字航实「 NASA Lewis「 NASA Lewis
兰玻东
田代试验场
不详
航天一院
航天中心
验室
研究中心
研究中心森试验区
101所
设计单位
不详
不详
不详
不详
德国MBB
公司
不详
不详
101所
生产单位
不
不详
不详
不详
德国IND
公司
不详
不详
上海钢炉厂
4高压低温容器的结构比较
分为单层钢板卷焊式和锻造式两种,锻造也可分为整
体锻造式和分体锻焊式。101所10MPa液氢、液氧
高压低温容器典型的结构形式如图1,图2,图3容器即采用单层钢板卷焊形式。一般在液氢温度下
和图4。从表1和图1-图4及相关资料分析,目前使用该类容器均梏有液氮预冷夹套,绝热方式采用高
国内外高压低温容器结构大致可分为两类,即:
真空等形式。其优点是结构简单,加工的难点在于厚
壁材料的获得、深厚焊缝焊接冋题以及锻造體要的大
型加工设备等。
c400
100
图110MPa容器结构示意
60°位置固定
1,氮气(N2)放气ロ:2.放气口:3.増压口;4.液面口
5.内容器;6,夹套;7.外容器:8.支座;9.液钣出口:10.液氢出口。
图2HM0推力蜜试车台液容器
(1)单层厚壁式结构
(2)多层组合式结构
单层厚壁式结构从加工方式上,主要的形式又可
多层组合式结构又可分为多层绕板式、热套式和
力方数据
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