液體運載火箭動力冗余技術工程設計與實踐

目錄
 
第1章緒論1
1.1概述1
1.1.1液體運載火箭技術發(fā)展史簡介1
1.1.2液體運載火箭的主要特點2
1.1.3液體運載火箭動力系統(tǒng)的組成3
1.1.4液體運載火箭發(fā)動機的作用及特點4
1.1.5提升動力系統(tǒng)可靠性的方法5
1.1.6動力冗余技術6
1.2動力冗余技術國外發(fā)展情況6
1.2.1N1運載火箭7
1.2.2土星系列運載火箭8
1.2.3航天飛機10
1.2.4獵鷹火箭10
1.2.5小結12
1.3動力冗余技術實現(xiàn)過程13
1.3.1設計環(huán)節(jié)14
1.3.2驗證環(huán)節(jié)15
1.3.3飛行應用環(huán)節(jié)15
1.4主要關鍵技術簡介16
1.4.1總體設計技術16
1.4.2故障診斷技術16
1.4.3推力調節(jié)技術17
1.4.4推進劑交叉輸送技術18
1.4.5控制重構技術18
1.4.6結構安全性設計技術19
1.4.7試驗技術19
參考文獻20
 
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第2章總體設計技術21
2.1設計準則21
2.1.1滿足動力冗余特殊需求21
2.1.2保證故障狀態(tài)安全隔離22
2.1.3選擇狀態(tài)合理平衡22
2.1.4正常故障狀態(tài)合理包絡22
2.2可靠性指標優(yōu)化23
2.2.1傳統(tǒng)可靠性計算方法23
2.2.2考慮冗余失效的可靠性計算方法25
2.2.3小結30
2.3冗余途徑優(yōu)化30
2.3.1“額定推力富余”方式31
2.3.2“發(fā)動機推力調節(jié)”方式37
2.3.3方式比較38
2.4火箭構型優(yōu)化38
2.4.1芯級并聯(lián)構型交叉輸送效果的影響38
2.4.2級數(shù)對交叉輸送效果的影響42
2.4.3小結42
2.5發(fā)動機容錯布局優(yōu)化43
2.5.1發(fā)動機故障情況下的控制模型43
2.5.2故障重構能力分析45
2.5.3小結49
2.6POGO抑制途徑優(yōu)化50
2.6.1動力冗余液體火箭POGO抑制特點50
2.6.2適應動力冗余的POGO穩(wěn)定性模型研究52
2.6.3POGO主動抑制方法研究56
2.6.4小結65
參考文獻67
第3章故障診斷技術69
3.1概述69
3.1.1故障診斷技術簡介69
3.1.2故障診斷方法70
3.1.3小結75
3.2發(fā)動機故障診斷技術發(fā)展歷史及應用現(xiàn)狀76
3.2.1發(fā)展歷程76
3.2.2紅線參數(shù)法79
3.2.3異常和故障檢測系統(tǒng)80
3.2.4試車后故障診斷系統(tǒng)80
3.2.5智能控制系統(tǒng)82
3.2.6健康監(jiān)控系統(tǒng)82
3.2.7健康管理系統(tǒng)84
3.2.8先進健康管理系統(tǒng)85
3.3動力系統(tǒng)故障診斷技術路線規(guī)劃86
3.3.1故障診斷對象86
3.3.2總體設計原則86
3.3.3研制流程88
3.3.4系統(tǒng)間邏輯職能及交互參數(shù)要求89
3.3.5故障模式分析95
3.3.6故障處理策略98
3.4某型發(fā)動機典型故障建模仿真101
3.4.1某型發(fā)動機原理101
3.4.2仿真模型建立101
3.4.3典型故障工況仿真106
3.5發(fā)動機故障診斷算法研究130
3.5.1發(fā)動機起動故障診斷131
3.5.2發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況故障診斷132
3.6發(fā)動機故障診斷系統(tǒng)硬件設備137
3.6.1地面故障診斷設備137
3.6.2飛行故障診斷設備138
3.6.3故障診斷系統(tǒng)半實物仿真平臺139
參考文獻141
第4章推力調節(jié)技術143
4.1發(fā)展歷史及應用現(xiàn)狀143
4.2推力調節(jié)需求優(yōu)化145
4.2.1推力調節(jié)需求145
4.2.2研究模型146
4.2.3推力調節(jié)技術應用場景148
4.2.4小結156
4.3推力調節(jié)主要方式156
4.3.1連續(xù)式推力調節(jié)157
4.3.2階躍式推力調節(jié)158
4.3.3典型發(fā)動機推力調節(jié)方案159
4.3.4小結170
4.4推力調節(jié)設計案例170
4.4.1調節(jié)方案171
4.4.2系統(tǒng)仿真175
4.4.3控制系統(tǒng)189
4.4.4小結197
參考文獻198
第5章推進劑交叉輸送技術200
5.1發(fā)展歷史及應用現(xiàn)狀200
5.1.1交叉輸送結構形式204
5.1.2交叉輸送驅動控制方式211
5.2基于壓力差控制方案的系統(tǒng)特性215
5.2.1額定狀態(tài)系統(tǒng)參數(shù)設計215
5.2.2偏差工況系統(tǒng)調節(jié)特性229
5.2.3故障工況系統(tǒng)調節(jié)特性234
5.2.4小結238
5.3基于調節(jié)閥控制方案的系統(tǒng)特性239
5.3.1額定狀態(tài)系統(tǒng)參數(shù)設計239
5.3.2偏差工況系統(tǒng)調節(jié)特性243
5.3.3故障工況系統(tǒng)調節(jié)特性248
5.3.4小結251
5.4交叉輸送系統(tǒng)動力冗余控制策略251
5.4.1基于壓力差的控制策略252
5.4.2基于調節(jié)閥的控制策略253
5.5交叉輸送技術實現(xiàn)257
5.5.1交叉輸送隔離閥257
5.5.2交叉管路可靠連接與分離260
5.5.3交叉增壓技術265
參考文獻272
第6章控制重構技術275
6.1發(fā)展歷史及應用現(xiàn)狀275
6.1.1任務重構與彈道規(guī)劃技術發(fā)展現(xiàn)狀275
6.1.2容錯控制技術發(fā)展現(xiàn)狀281
6.2任務重構與彈道規(guī)劃技術286
6.2.1任務重構技術286
6.2.2彈道規(guī)劃技術287
6.3容錯控制技術299
6.3.1發(fā)動機故障對姿態(tài)動力學的影響300
6.3.2主動容錯控制技術305
6.3.3被動容錯控制技術316
參考文獻327
第7章結構安全性設計技術332
7.1非爆炸故障結構適應性設計技術332
7.1.1設計方法332
7.1.2典型案例332
7.2爆炸沖擊理論及仿真研究340
7.2.1爆炸沖擊理論研究340
7.2.2爆炸沖擊仿真研究343
7.3爆炸故障結構完整性設計技術348
7.3.1研究現(xiàn)狀348
7.3.2防護結構設計典型案例351
參考文獻358
第8章試驗技術364
8.1仿真試驗364
8.1.1概述364
8.1.2數(shù)學仿真367
8.1.3半實物仿真376
8.2實物試驗383
8.2.1液體運載火箭發(fā)動機試驗383
8.2.2交叉增壓輸送試驗387
8.2.3POGO抑制試驗392
8.2.4動力系統(tǒng)試車396
8.2.5飛行搭載試驗400
參考文獻406
附錄408
附錄A國內(nèi)外火箭飛行故障情況統(tǒng)計（不完全統(tǒng)計）408
附錄B國內(nèi)外動力系統(tǒng)試車情況（不完全統(tǒng)計）438