阀门控制液体和气体的流动,管路把这些流体输往要去的组件。爱游戏没有阀门和管路也就不存在火箭发动机。阀门有很多类型,所有阀门都必须可靠、轻质、密封并能承受强烈的振动和很强的噪声。表6-6列出了几种主要类型的火箭发动机阀门,任何发动机都只使用表中的一部分阀门。
2.应用或用途:主推进剂控制;推力室阀(双阀座或单阀座);抽气;排泄;加注;初级流动;操纵阀;安全阀;机外排放阀;减压器;燃气发生器控制,序列控制;启动前推进剂或高压气体的隔离。
3.作动方式:自动操作(电磁螺线管、操纵阀、解扣机构、电爆管等);手动操作;由空气、气体、推进剂或液压流体的压力操作(如单向阀、贮箱排气阀、减压器、安全阀),有/无位置反馈、旋转或线.流量大小决定了阀门的尺寸。
5.工作占空特性:单次或多次脉冲工作;可重复用于下次飞行;长寿命成短寿命。
6.阀门类型:常开;常闭;常半开;双向;有/无位置反馈的三向阀;弹簧作用的球阀,闸阀,蝶阀。
阀门的设计和制造技术在很大程度上依赖经验。阀门的设计和操作一些具体设计细节如公差、阀座材料或启动延时常常是研制的难点。对于许多阀门来说,阀门的任何泄漏或失效都将导致发动机本身的失效。所有阀门在装机前都要对两种品质进行测试:测试阀座以及密封处的泄漏;测试功能或性能的可靠性。
用在大推力发动机上的推进剂阀门的流量相对较大、压力较高。因此,阀门动作所需的力较大。由操纵阀控制的液压或气动压力用于操作较大的阀门,这些操纵阀则由电磁螺线管或机械联动驱动。从本质上讲这是一种动力放大方法。
挤压式供应系统常用的两种阀门是隔离阀(关闭后隔离或切断推进系统的一部分)和自锁阀,它们在阀芯运动(开启或关闭)的短暂时间内需要动力,但在锁住或扣到位后不再需要动力。
一种非常简单、非常轻的阀门是破裂膜片。它实际上是一用于封闭管路的用某种材料制成的圆形薄片,它设计为在受到预定压差时破裂。破裂膜片是正向密封的,能防漏,但它只能用一次。德国的Wasserfall防空导弹使用了四个破裂膜片,两个用于高压气路,另两个用于推进剂管路。
图6-14为一液氧主阀。它是一常闭、旋转作动、低温、高压、大流量、可重复使用的球阀,可连续节流。它通过一液压活塞和一曲柄(未画出)控制开启速度,并有位置反馈和防冻措施。
减压器是一种广泛用于调节气体压力的特殊阀门。通常其出口压力通过连续调节气体的流动而调节到预定的标准压力值,其作动机构为活塞、柔性膜片或电磁器件。
火箭发动机中的各种流体均通过管路或管道输送,这些管路通常用金属制造,通过紧固件或焊接相连。它们的设计方案必须能承受热膨胀,并尽量减小振动的影响。
对于摇摆推力室,管路必须有一定的柔性,以使推力轴线°)的转动。这种柔性通过软管接头和/或让管路偏斜(当管路中有两个以上的直角弯头时)而实现。
如图6-1和6-15所示,SSME的高压推进剂输送管同时有柔性接头和直角弯头。该柔性接头采用柔性波纹管密封,采用通用的机械连接器,连接器上有两组轴承,用于承受高压施加的分离载荷。
突然关闭阀门会引起管路中的水击,导致发生无法预料的压力上升,压力上升会对液路系统组件造成破坏。通过水击现象的分析可确定大致的最高压力。由于管路的摩擦和分叉,该最高压力有所降低。当初始高压推进剂流进空管时也会产生水击。为了防止推进剂中产生气泡(气泡会给燃烧带来问题),空管在真空环境下排出空气。
许多液体火箭发动机在管路中安装过滤器。它必须用于防止污垢、颗粒物或碎片(如破裂膜片产生的小碎片)进入精密的阀门和减压器(碎片会引起故障),或堵塞喷注小孔(会引起燃气温度不均匀,进而导致推力室失效)。
有时液体推进剂管路中会安装收敛-扩张型的文氏管,它的喉部能达到声速。它的好处是能保持恒定的流量,并能阻止压力扰动向上游传播,比如室压振荡的传播或与推力室燃烧不稳定性的耦合。在有排推力室的系统中,文氏管还有助于减小一些水击效应。
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