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基于氢工质热工循环的核热火箭发动机堆芯技术发展现状
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作者 邵明雪 李晓亮 +3 位作者 李小多 蔡开元 吴逊亮 丰松江 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期593-603,共11页
核热推进是未来深空探测和星际航行的可靠技术方案。反应堆是核热火箭的能量来源,堆芯的功率分布/核燃料几何构型对氢工质的加热有直接影响,氢工质热工循环决定了核热火箭发动机的动力学品质。基于20世纪美国与前苏联/俄罗斯的典型反应... 核热推进是未来深空探测和星际航行的可靠技术方案。反应堆是核热火箭的能量来源,堆芯的功率分布/核燃料几何构型对氢工质的加热有直接影响,氢工质热工循环决定了核热火箭发动机的动力学品质。基于20世纪美国与前苏联/俄罗斯的典型反应堆方案的研究结果,综述了反应堆燃料元件模块化和低浓缩铀(LEU)化的发展趋势,概述了反应堆在新发展趋势下的技术路径:(1)调整反应堆内慢化剂元件的材料与体积分数;(2)优化反应堆内工质的传热流动特性。分析涉及到的燃料元件、简化模型,探究堆芯内燃料元件冷却剂通道结构的优化设计方案对反应堆出口参数的影响,为提高核热火箭发动机性能参数提供了新思路。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 氢工质工循环 模块化 低浓缩铀 燃料元件
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核热火箭发动机系统热力循环选型及参数优化
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作者 何雪晴 李耀阳 《火箭推进》 CAS 北大核心 2024年第4期117-125,共9页
针对核热火箭发动机系统方案展开深入研究,提出了3种液体火箭发动机系统循环选型和3种系统流路设计方案。以高比冲和经济性为优化目标进行系统热力循环选型和系统参数优化设计,最终选择了一种基于带驱动元件金属陶瓷(CERMET)快堆的闭式... 针对核热火箭发动机系统方案展开深入研究,提出了3种液体火箭发动机系统循环选型和3种系统流路设计方案。以高比冲和经济性为优化目标进行系统热力循环选型和系统参数优化设计,最终选择了一种基于带驱动元件金属陶瓷(CERMET)快堆的闭式膨胀循环高性能系统方案。采用遗传算法进行该优化方案下系统参数最优化分析,结合工程实际最终得到室压5 MPa,涡轮前温度400 K,比冲大于900 s的优化设计系统方案,并对相关组合件理论特性进行分析,提出未来组件优化方向,为后续核热火箭发动机设计提供基础。 展开更多
关键词 核热火箭发动机系统 力循环 系统参数优化设计 遗传算法
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核热火箭发动机循环方案对比分析 被引量:4
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作者 王戈 郎明刚 +6 位作者 李家文 魏延明 周成 李泽光 孙俊 从云天 袁化宇 《载人航天》 CSCD 北大核心 2019年第2期196-201,共6页
针对未来载人火星探测、大型星际货物运输等的空间动力问题,开展核热推进技术系统循环方案展开对比分析。根据文献调研结果,确定了热抽气循环、冷抽气循环和膨胀循环等3种核热火箭发动机系统循环备选方案,根据自编核热火箭发动机参数平... 针对未来载人火星探测、大型星际货物运输等的空间动力问题,开展核热推进技术系统循环方案展开对比分析。根据文献调研结果,确定了热抽气循环、冷抽气循环和膨胀循环等3种核热火箭发动机系统循环备选方案,根据自编核热火箭发动机参数平衡计算软件,针对10 t推力的核热火箭发动机应用背景,对上述3种方案进行系统参数平衡计算,得到各方案详细的热平衡工作参数;根据计算结果对3种方案进行对比分析,在相同初始设计条件下,膨胀循环方案推力和比冲均最高,性能最优越,可以作为今后核热火箭发动机系统的首选方案。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 平衡计算 抽气循环 膨胀循环
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核热火箭发动机系统循环方案分析与设计 被引量:9
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作者 吉宇 毛晨瑞 +2 位作者 孙俊 郎明刚 石磊 《火箭推进》 CAS 2022年第1期14-21,共8页
核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点。我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究。核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计... 核热火箭发动机是未来实现载人火星探测的首选动力方案,其具备高比冲、大推力和长工作寿命等优点。我国在此方面研究较少,亟需开展核热推进技术理论及方法的研究。核热火箭发动机系统循环分析与设计是关键问题之一,对推进系统总体设计有重要意义。分析了3种可用于核热火箭发动机系统循环的方案特点,基于闭式膨胀循环设计了比冲为910 s的氢气核热推进系统和比冲为390 s的氨气核热推进系统方案,对比发现氢气系统更适合于载人深空探测,而氨气系统在推进剂长期在轨储存和对涡轮泵及反应堆的设计要求等方面有一定的优势,可胜任轨道高度变化相对较小的长期多次空间探测任务,作为液氧甲烷发动机的补充和替代。此外,结合设计过程以及核火箭发动机与化学火箭发动机的差异,围绕系统循环分析与设计提出了几点研究内容,为我国核热推进系统的发展提供参考。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 氢气 氨气 系统循环 载人火星探测
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100吨级核热火箭发动机喷管流动传热特性数值分析 被引量:2
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作者 李子亮 王浩泽 +2 位作者 蔡震宇 马晓秋 孙浩 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第6期772-776,共5页
为了阐明核热火箭发动机喷管内氢的流动传热特性,根据100吨级核热火箭发动机喷管设计参数,建立了喷管再生冷却传热模型与可压缩膨胀模型,采用Fluent软件数值模拟了喷管的流动传热行为。结果表明,当喷管面积比从100增加到300时,发动机比... 为了阐明核热火箭发动机喷管内氢的流动传热特性,根据100吨级核热火箭发动机喷管设计参数,建立了喷管再生冷却传热模型与可压缩膨胀模型,采用Fluent软件数值模拟了喷管的流动传热行为。结果表明,当喷管面积比从100增加到300时,发动机比冲的增幅逐渐减小;在冷却通道高度从0.012 m增加到0.024 m的过程中,通道压降逐渐降低,冷却气体温升变化不大。此外,氢的离解会影响喷管内介质的流动传热,离解的氢在喷管内重组为氢气释放的热量参与管内传热与做功,使喷管收敛段内壁面热流密度增加,出口比冲升高。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 喷管 流动传 数值模拟
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110kN核热火箭发动机系统方案选取与参数优化研究 被引量:8
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作者 王浩泽 左安军 +1 位作者 霍红磊 马晓秋 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期30-37,共8页
核热火箭发动机是深空探测的理想动力,可用系统循环方式包括闭式膨胀循环、抽气循环和开式膨胀循环。对基于金属陶瓷(CERMET)快堆堆芯的110 kN核热火箭发动机开展了3种不同系统循环方式的对比研究,通过不同方案的参数对比和组合件参数... 核热火箭发动机是深空探测的理想动力,可用系统循环方式包括闭式膨胀循环、抽气循环和开式膨胀循环。对基于金属陶瓷(CERMET)快堆堆芯的110 kN核热火箭发动机开展了3种不同系统循环方式的对比研究,通过不同方案的参数对比和组合件参数优化分析,最终认为基于CERMET堆芯110 kN核热火箭发动机的最佳系统方案为抽气循环。并对提高核热火箭发动机比冲性能的途径进行了探讨。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 110kN 系统循环方式 参数优化
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基于金属陶瓷堆芯1000 kN核热火箭发动机系统及组件参数研究 被引量:3
7
作者 王浩泽 李子亮 +1 位作者 吴宏雨 马晓秋 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第5期637-642,共6页
针对大推力核热火箭发动机系统设计问题,开展了基于金属陶瓷(CERMET)堆芯1000 kN核热火箭发动机系统方案研究。通过对比闭式膨胀、开式膨胀和抽气三种循环方式的发动机系统性能,确定闭式膨胀循环为最佳系统循环方案;进行了反应堆堆芯、... 针对大推力核热火箭发动机系统设计问题,开展了基于金属陶瓷(CERMET)堆芯1000 kN核热火箭发动机系统方案研究。通过对比闭式膨胀、开式膨胀和抽气三种循环方式的发动机系统性能,确定闭式膨胀循环为最佳系统循环方案;进行了反应堆堆芯、推力室、氢涡轮泵和再生冷却段的组件方案设计及数值仿真分析,得到反应堆氢出口温度2750 K,室压4.997 MPa,氢涡轮泵轴功43 MW,再生冷却段总温升和总流阻分别为190 K和3.3 MPa。最终获得比冲908 s的发动机系统参数。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 1000kN 金属陶瓷堆芯 系统循环 组件设计
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110kN核热发动机推力室非平衡流动传热数值模拟研究 被引量:1
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作者 李子亮 徐凯 《载人航天》 CSCD 北大核心 2020年第5期618-623,共6页
为预测110 kN核热发动机堆芯外推力室流动传热情况,建立了推力室身部和喷管延长段三维一体模型,采用数值模拟方法对堆芯出口至喷管出口间的高温氢气、推力室壁和超临界氢的流动传热进行了耦合计算。考虑再生冷却通道内超临界氢的物性变... 为预测110 kN核热发动机堆芯外推力室流动传热情况,建立了推力室身部和喷管延长段三维一体模型,采用数值模拟方法对堆芯出口至喷管出口间的高温氢气、推力室壁和超临界氢的流动传热进行了耦合计算。考虑再生冷却通道内超临界氢的物性变化,采用SST k-ω模型计算了整个湍流场,有限速率反应模型计算氢的非平衡离解,比较了进入喷管的氢气在无离解态、平衡离解冻结态和非平衡离解态下的流动传热特性,并讨论了中子热沉积对再生冷却传热的影响。结果表明:氢的非平衡离解反应对发动机比冲影响显著,而对推力室再生冷却传热影响较小;与无离解反应流和平衡离解冻结流相比,氢气非平衡离解作用下发动机比冲和再生冷却温升均增大;中子热沉积对再生冷却传热影响很小。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 推力室 非平衡离解 流动传 数值模拟
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大推力核热火箭运载器及动力特性分析 被引量:3
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作者 朱岩 马元 +2 位作者 南向谊 李光熙 张栋 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第3期388-393,399,共7页
根据大推力核热火箭发动机的背景要求,论证提出了一种百吨推力闭式循环核热火箭发动机系统方案,完成了系统参数的分析评估,计算结果表明,反应堆出口推进剂温度显著影响发动机比冲,当反应堆出口温度在2500 K^3000 K范围时,发动机真空比冲... 根据大推力核热火箭发动机的背景要求,论证提出了一种百吨推力闭式循环核热火箭发动机系统方案,完成了系统参数的分析评估,计算结果表明,反应堆出口推进剂温度显著影响发动机比冲,当反应堆出口温度在2500 K^3000 K范围时,发动机真空比冲为8000 N·s/kg^8800 N·s/kg。在此基础上,针对航天运输主动力火箭方案,对比分析了核热火箭与化学火箭的差异,评估了核热火箭弹道仿真及运载能力,结果表明,核动力火箭由于其高比冲的特性,运载系数远高于传统动力火箭。 展开更多
关键词 核热火箭发动机 百吨推力 性能分析 弹道计算 运载能力评估
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核热推进技术发展综述 被引量:22
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作者 解家春 霍红磊 +1 位作者 苏著亭 赵泽昊 《深空探测学报》 2017年第5期417-429,共13页
核热推进具有比冲高、推力大,及工作时间长等特点,在载人深空探测、大型星际货物运输等方面有广阔的应用前景。介绍了美国和俄罗斯/前苏联的核热推进技术研发历程和技术发展状态,归纳总结了发展过程中呈现出的推力水平中等化、堆芯构成... 核热推进具有比冲高、推力大,及工作时间长等特点,在载人深空探测、大型星际货物运输等方面有广阔的应用前景。介绍了美国和俄罗斯/前苏联的核热推进技术研发历程和技术发展状态,归纳总结了发展过程中呈现出的推力水平中等化、堆芯构成模块化、燃料元件高性能化、试验手段非核化和多功能模式化的发展趋势,并初步分析了核热推进研发过程中所涉及的反应堆设计技术、核安全防护设计技术、燃料芯块制备技术、燃料元件成型技术、排气处理技术,及发动机启动技术等关键技术。最后对我国核热推进技术发展提出了核与航天部门合作研发、借鉴美俄经验教训、及早并持续开展研究的发展建议。 展开更多
关键词 推进 核热火箭发动机 载人深空探测 反应堆
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