火箭发动机——推力矢量控制
火箭科普小知识单选题100道及答案解析
火箭科普小知识单选题100道及答案解析1. 火箭最早起源于哪个国家？（）A. 中国B. 美国C. 苏联D. 德国答案：A解析：火箭最早起源于中国，古代的火箭技术为现代火箭的发展奠定了基础。
2. 以下哪种不是火箭的推进剂？（）A. 液氢B. 液氧C. 煤炭D. 固体燃料答案：C解析：煤炭不能作为火箭的推进剂，液氢、液氧和固体燃料是常见的火箭推进剂。
3. 火箭进入太空的速度至少要达到多少？（）A. 7.9 千米/秒B. 11.2 千米/秒C. 16.7 千米/秒D. 30 千米/秒答案：A解析：第一宇宙速度是7.9 千米/秒，火箭达到这个速度才能环绕地球飞行。
4. 火箭的飞行原理基于（）A. 牛顿第一定律B. 牛顿第二定律C. 牛顿第三定律D. 能量守恒定律答案：C解析：火箭的飞行原理是基于牛顿第三定律，即作用力与反作用力定律。
5. 现代火箭大多采用哪种级数？（）A. 单级B. 两级C. 三级D. 四级及以上答案：C解析：现代火箭大多采用三级，以满足不同的任务需求。
6. 以下哪个不是火箭发射场的必备设施？（）A. 发射塔B. 控制中心C. 飞机跑道D. 燃料储存库答案：C解析：飞机跑道不是火箭发射场的必备设施。
7. 火箭在大气层中飞行时，哪种阻力最大？（）A. 摩擦阻力B. 压差阻力C. 诱导阻力D. 干扰阻力答案：A解析：在大气层中，火箭飞行时摩擦阻力最大。
8. 以下哪种材料常用于火箭的外壳？（）A. 钢铁B. 铝合金C. 钛合金D. 塑料答案：C解析：钛合金具有高强度、耐高温等特性，常用于火箭外壳。
9. 火箭发动机的推力大小主要取决于（）A. 燃料燃烧速度B. 喷管面积C. 燃料质量D. 燃烧温度答案：B解析：火箭发动机的推力大小主要取决于喷管面积。
10. 最早实现载人航天飞行的火箭是（）A. 东方号B. 土星五号C. 长征二号D. 联盟号答案：A解析：苏联的“东方号”火箭最早实现了载人航天飞行。
某固体火箭发动机推力向量控制系统接头接触性能分析
（． １ 内蒙古工业大学 机械 学院 ， 呼和浩特 ００５ ； １０１
２ 中国航天科工集团公 司六 院四十一所 ， ． 呼和浩特 ０ ０ ５ ） １０ １ 摘要 ： 以某 固体火箭发动机推 力向量控 制 系统摆 动接 头的单珠 承载 试验模 型 为计算模 型 ， 用摩擦 接 触 问题 的 Ｌ ． 采 ａ ｇａ ｇ 乘子 法与 弹塑性耦合 的有限元理论 ， 算分析 了摆 动接 头 阳球试件在不 同强化层厚度下的接触 应力 、 ｒｎ ｅ 计 变形及 破坏机 理； 为降低 系统摆动力矩 ， 同时考虑大尺寸球面 的表 面强化和加 工工艺 ， 出了满足接触性 能的阳球表 面强化 层为 １一Ｉ４ 提 ． ｍ ｍ的厚度要 求。通过 与单珠承 载试验对比分析 ， 检验 了有限元建模及 算法的合 理性 ； 确定 了小变形条件 下摆 动接 头弹塑
在工作载荷作用下 ， 一方面滚动体与阳球接触位置处 ， 形 、 具有一定的接触强度 。阳球材料一般采用高强度 、
①
收稿 日期 ：０ １ １ ４； 回 日期 ：０ １０ —１ ２ １－ － 修 ０ ０ ２ １－４ １ 。
基金项 目： 自然科学基金项 目（０ ６０ ３ 。 ５９ ５ １ ） 作者简介 ： 文芝（ ９９ ） 女 ， 刘 １６ 一 ， 教授 ， 究方 向为机械设计及理论 。Ｅ ｍａｌ ｗ ｌ ０ ６ ＠ｙｈ ｏｔｍ ｃ 研 ・ ｉ ｚ ｕ １２ ａｏ．ｏ ． ａ ： ｉ
ｅ ａ ｔ — ｌｓｉ ｏ ｐ ｉ ｇ ｎ ｔ ｌ ｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ，ｔｅ ｃ ｎ ａ ｔ ｓ ｅ ｓ ｅｏ ｍａｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｓｒ ｃ ｒ ｃ ｐｅ ｕ ｄ ｒ ｄｆ ｒ ｎ ｈｃ ｎ ｓ ｆ ｌｓｏ ｐａ ｔ ｃ ｕ ｌ ｇ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｃ ｎ ｉ ｅ ｈ ｏ ｔ ｃ ｔ ｓ ，ｄ ｆ ｒ ｔ ｎ ｅ ｔ ｔｐ ｎ ｉ ｌ ｎ ｅ ｉ ｅ ｅ ｔｔ ｉｋ ｅ ｓ ｏ ｒ ｏ ｕ ｉ
液体火箭摇摆发动机推力矢量控制特性负载台等效试验技术研究
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｓ ｕ ｂ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｎ ｇ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｓ ｗｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎ ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｎ ｃ ｅ ． ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｄ ａ ｔ ａ ｏ ｆ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｃ ｔ ｅ ｄ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ． Ｔｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｈ ａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｔ ｏ ｔ ｒ ｉ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｕ ｎ ｃ ｈ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｆ ｌｉ ｇ ｈ ｔ ｓ ｕ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ ｄ ｏ ｚ ｅ ｎ ｓ ｏ ｆ ｔ ｉ ｍｅ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ
航天飞行器的动力系统控制方法
航天飞行器的动力系统控制方法航天飞行器的动力系统是实现航天器运行的关键部分，它负责提供动力以推动航天器在宇宙空间中进行飞行任务。
为了保证航天飞行器的安全与稳定，动力系统的控制方法显得尤为重要。
本文将介绍几种常见的航天飞行器动力系统控制方法，包括推进系统控制、姿态控制和能源管理。
一、推进系统控制推进系统是航天飞行器动力系统中最为重要的部分，能够为航天器提供推力。
而推进系统的控制旨在确保航天器能够实现预定的轨道和速度。
目前，常见的航天飞行器推进系统控制方法包括推进剂供给控制、推进剂喷射控制和推力矢量控制。
1.推进剂供给控制：推进剂供给控制主要涉及推进剂的储存与供给，以保证推力系统能够获得足够的推进剂。
在控制方法中，需要考虑推进剂的数量、储存所需的舱容、推进剂的供给速率等因素。
对于液体火箭，需要控制好燃料和氧化剂的供给比例；对于固体火箭，需要控制燃烧速率和燃料的供给方式。
推进剂供给控制方法直接影响到航天器的飞行性能和安全性。
2.推进剂喷射控制：推进剂喷射控制是指通过控制喷嘴的方向和喷射速度来改变推力的方向和大小。
在航天器的任务中，经常需要调整飞行器的速度和位置。
通过控制推进剂的喷射，可以实现速度和位置的调整。
常见的方法包括喷嘴的转向控制、推进剂流量的调节和喷嘴的推力控制等。
3.推力矢量控制：推力矢量控制是指通过改变推进剂喷射方向来控制航天器的姿态和转向。
这种控制方法主要应用于具有多个喷嘴的航天器。
通过改变喷嘴的喷射方向和推力大小，可以实现航天器的姿态调整和转向控制。
推力矢量控制方法可以提高航天器的机动性，并适应复杂的任务需求。
二、姿态控制姿态控制是指控制航天器在空间中的方向和姿态，保持其稳定和准确的飞行状态。
航天器在宇宙空间中受到外部力的干扰，因此需要实现姿态的控制来保持其稳定性。
常见的姿态控制方法包括惯性导航控制、星敏感器控制和陀螺控制。
1.惯性导航控制：惯性导航控制是通过利用陀螺仪和加速度计等装置来检测航天器的姿态和方向。
垂直发射快速转弯气动力_推力矢量控制研究
( a 25 + a 26K z ) a 34 -
( a 35 + a 36K z ) a 24 a 22 a 34 + a 24
- ( a 2 5 + a 26 K z ) ( a 35 + a 36K z ) a 24 - ( a 2 5 + a 2 6K z ) a 34
( 西北工业大学 航天学院, 陕西 西安 710072)
Ξ
摘 要: 研究战术导弹垂直发射快速转弯复合控制技术。 针对气动力 �推力矢量复合控制技术, 提出 了战术导弹垂直发射程序转弯方案; 建立了导弹的气动力�推力矢量复合控制数学模型; 通过设计 线性组合的舵复合策略, 将系统由多输入2单输出, 转变为单入2单出系统; 设计了复合控制回路并 进行了回路分析 , 纵向回路频域特性分析表明, 系统具有良好的鲁棒性和动态特性; 最后通过弹道 的六自由度仿真, 验证了所设计的复合控制策略的可行性。 关 键 词: 战术导弹, 垂直发射, 快速转弯 , 气动力�推力矢量控制 中图分类号: V 2491122+ 2 文献标识码: A 文章编号: 100022758 (2009) 0120057 204 战术导弹垂直发射技术具有诸多优点, 如全方 位发射、 发射率高、 空中快速转弯、 贮弹量大、 结构简 单等 , 因此 , 从 20 世纪 60 年代开始 , 美英等国就开始 了对该项技术的研究 。 垂直发射的关键技术之一 是实现导弹的快速转弯。 初始转弯阶段 , 导弹空气舵 操纵效率低, 为达到快速对准和转弯的目的 , 必须引 入推力矢量技术, 实现复合控制。 目前国内外主要采 用推力矢量喷管、 扰流片和燃气舵机等推力矢量技 术[ 2, 3 ]。 气动力 �推力矢量复合控制是一种冗余控制, 空气舵和推力矢量舵的复合策略是研究的关键问题 之一。 文献 [4 ] 进行了气动�推力矢量控制面融合方 式研究, 分析了最小控制能量和链式递增 2 种典型 控制面融合方式的特点 , 结合实际应用上存在的问 题, 提出了一种新的融合控制方式 , 改善了气动舵面 振荡现象并且提高了实用性。 文献 [5 ] 针对碟形飞行 器变质量矩�推力矢量复合控制系统, 设计了非线性 函数分配和模糊分配 2 类复合控制分配策略 , 通过 仿真对 2 类控制分配策略进行了分析比较 , 并验证 了其可行性。 文献 [ 6] 提出了一种 “基础序列” 最优控 制分配算法, 并与直接分配、 动态广义逆分配方法进 行了比较。 以上方法均对控制系统及其质量提出了 较高要求 , 不利于工程实现。 本文针对燃气舵推力矢量机构 , 提出了战术导
西工大固体火箭发动机知识点精品总结
一、固体火箭发动机：由燃烧室，主装药，点火器，喷管等部件组成。
工作过程：通过点火器将主装药点燃，主装药燃烧，其化学能转变为热能，形成高温高压燃气，然后通过喷管加速流动，膨胀做功，进而将燃气的热能转化为动能，当超声速气流通过喷管排出时，其反作用力推动火箭飞行器前进。
工作原理：1能量的产生过程2热能到射流动能的转化过程优点：结构简单，使用、维护方便，能长期保持在备战状态，工作可靠性高，质量比高。
缺点：比冲较低，工作时间较短，发动机性能受气温影响较大，可控性能较差，保证装药稳定燃烧的临界压强较高。
二、1.推力是发动机工作时内外表面所受气体压力的合力。
F=F 内+F 外 F=mu e +Ae(Pe-Pa) 当发动机在真空中工作时Pa=0.这时的推力为真空推力。
把Pe=Pa 的状态，叫做喷管的设计状态，设计状态下产生的推力叫做特征推力。
2.把火箭发动机动，静推力全部等效为动推力时所对应的喷气速度，称为等效喷气速度u ef 。
3影响喷气速度的因素来自两个方面：a).推进剂本身的性质b) 燃气在喷管中的膨胀程度3.流量系数的倒数为特征速度C ∗,他的值取决于推进剂燃烧产物的热力学特性，即与燃烧温度，燃烧产物的气体常数和比热比K 值有关，而与喷管喉部下游的流动过程无关。
4.推力系数C F 是表征喷管性能的参数，影响推力系数的主要因素是面积比和压强比。
当Pe=Pa 时，为特征推力系数，是给定压强比下的最大推力系数，Pa=0时为真空推力系数。
5.发动机的工作时间包括其产生推力的全部时间,即从点火启动，产生推力开始，到发动机排气过程结束,推力下降到零为止。
确定工作时间的方法：以发动机点火后推力上升到10%最大推力或其他规定推力的一点为起点,到下降到10%最大推力一点为终点,之间的时间间隔。
6.燃烧时间是指从点火启动，装药开始燃烧到装药燃烧层厚度烧完为止的时间，不包括拖尾段。
确定燃烧时间的方法：起点同工作时间，将在推力时间曲线上的工作段后部和下降段前部各做切线，两切线夹角的角等分线与曲线的交点作为计算燃烧时间的终点。
运载火箭多学科优化设计考核试卷
四、判断题
1. ×
2. ×
3. √
4. ×
5. √
6. √
7. ×
8. √
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.运载火箭多学科优化设计的主要目标是提高火箭的性能、降低成本、增强可靠性。基本过程包括需求分析、设计优化、仿真验证和实验评估。
2.推力矢量控制通过改变喷嘴方向来调整推力方向，用于火箭的姿态控制和飞行轨迹调整。在火箭飞行中，推力矢量控制确保火箭稳定飞行和准确入轨。
A.网格搜索
B.遗传算法
C.线性规划
D.梯度下降
11.在运载火箭设计中，以下哪个因素对结构强度影响最大？（）
A.火箭直径
B.火箭高度
C.燃烧室压力
D.推力大小
12.下列哪种技术可用于降低运载火箭的制造成本？（）
A. 3D打印
B.焊接技术
C.超精密加工
D.高强度材料
13.运载火箭的发射窗口主要受以下哪个因素影响？（）
（）（）
4.在运载火箭的设计中，为了减小空气阻力和提高飞行稳定性，常常采用______形状的头部。
（）
5.运载火箭的______系统负责将燃料和氧化剂输送到发动机燃烧室。
（）
6.火箭发动机的喷嘴设计主要影响______和______。
（）（）
7.运载火箭在发射前需要进行______和______测试，以确保其性能和安全。
4.以下哪些技术可以用于提高运载火箭的运载效率？（）
A.空气动力优化
B.发动机效率提升
C.结构轻量化
D.电子设备升级
5.在运载火箭的多学科优化设计中，以下哪些方法可以用于减少计算量？（）
A.代理模型
H—2火箭固体助推器推力向量控制系统的研制
H—2火箭固体助推器推力向量控制系统的研制
张振华;孙广勃
【期刊名称】《中国航天》
【年(卷),期】1994(000)010
【总页数】3页(P43-45)
【作者】张振华;孙广勃
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】V435.23
【相关文献】
1.某固体火箭发动机推力向量控制系统接头接触性能分析 [J], 刘文芝;戴美魁;韦广梅;赵永忠
2.固体火箭发动机推力向量控制系统动力学计算 [J], 刘文芝;张春林;张乃仁;赵永忠
3.固体火箭发动机推力向量控制系统动态性能分析 [J], 刘文芝;张春林;张乃仁;赵永忠
4.1159kN推力混合式火箭助推器研制状况 [J], 许军民;杨瑞亭
5.固体火箭发动机推力向量控制系统评述 [J], 林飞;王根彬
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引言
偏转主发动机的推力矢量 俯仰或偏航的控制力矩（单喷管TVC） 滚转力矩
？
两个以上回转舵或两个以上 单独铰接的喷管（多喷管或多推力室TVC）
返回Βιβλιοθήκη 1. 通过机械方法使喷管或推力室偏转。 2. 将耐热可活动物体插入喷流，这些物体承受气动力 并使部分排气偏转。
3. 在扩张喷管的侧面喷入流体，使超声速排气气流不对称。 4. 采用独立的产生推力的装置，不属于通过喷管的主气流。
方案
使用两台以上火箭发动机
使用具有两个以上作动喷管的单台发动机
典型的TVC方案 四个固定推力室的差动节流
飞行控制原理
四台推力室中两台进行节流，两台未节流，未节流的两台发动机 产生较大的推力给飞行器施加转矩
实现不同控制功能时节流发动机的分布情形
TVC与飞行器的装配
TVC系统的作动或运动由飞 行器指导与控制系统操纵 TVC系统的选择与 设计准则来源于飞 行器的需求
燃气片
喷管 潜射导弹
叶片在喷管出口面上移动，部分遮住 喷管出口面积。在喷管扩张段内产生气流 分离和激波，形成不对称的压力分布。从 而产生侧向控制力。通过控制叶片在燃气 中的停留时间来调节侧向控制力的大小。
单喷管TVC机构
3.在扩张喷管的侧面喷入流体，使超声速排气 气流不对称。（ 二次注射TVC）
燃气舵和空气舵的差别，在于作用的介质不同：燃气舵位于导弹尾部发动 机之后，通过改变发动机燃气流来产生改变导弹飞行姿态的侧向控制力；空气 舵则位于弹体表面，通过改变空气气流来产生改变导弹飞行姿态的侧向控制力。 燃气舵最早主要应用于弹道导弹上，因为弹道导弹通常是要飞出大气层的， 而在大气层外没有空气介质的情况下，只能使用燃气舵来作控制舵面。
TVC子系统要在在硬 件上与飞行器连接， 安装在发动机喷管上
TVC接口
具体的接口类型 进出飞行器控制器和动力源的点接口 与作动器紧固件的机械连接 测量推力轴线或作动器位置的传感器
设计特点 便于开展ＴＶＣ系统试验 易于检测和维修 有助于承受高震荡环境
作动器
概念：作动器是实施振动主动控制的关键 部件，是主动控制系统的重要环节。作动 器的作用是按照确定的控制律对控制对象 施加控制力 TVC作动器可以采用液压的、气动的、机电 的，并通常含有位置传感器。
（1）液体侧向喷射： 应用早，技术成熟，但趋于淘汰 (北极星、民兵3) （2）燃气侧向喷射： 机构质量轻，发动机性能损失小 但技术未经验证，困难在于耐 侵蚀的高温燃气阀门和低侵蚀的推进剂。
单喷管TVC机构
在相同的流量比下， 高温推进剂燃气侧 向喷射能提供更大 的侧向控制力
单喷管TVC机构
燃气喷射系统将可能实现：
作动 器又名激 振器，用 于进行动 力学试验， 是动力学 试验的出 力装置。 作动 器的作用 是按照确 定的控制 律对控制 对象施加 控制力。
机械
技术成熟 推力损失小
对作动器 要求较高
阻碍 气流
作动力小 装置小
存在剥蚀 工作时间有限 推理损失较大
气体密封 推进剂软管 失稳、密封性、 耐压力、温度 疲劳寿命 低温下刚度大， 所需转矩大
1 仅在有推力时工 作 2 不论有无空气都 工作 3 与速度无关，产 生对应推力的横 向力 改变推进方向，取得横向推 4 可以取大攻角急 动力 回转
引言
采用推力矢量控制TVC（thrust vector control）机构的理由： ① 有意改变飞行轨道或弹道； ② 使飞行器旋转或改变姿态； ③ 修正与预订弹道或姿态的偏差； ④ 修正固定喷管的推力偏心。
单喷管TVC机构
（4）采用独立的产生推力的装置，它不属于 通过喷管的主气流
（1）用于大推力发动机的铰接辅助推力室 （2）用于大发动机的涡轮排气偏转
可以转动的 辅助推力室
返回
多推力室或多喷管的TVC机构
滚转控制的实现条件
至少有两个单独的矢量喷管
四个固定的脉冲或变流量喷管
有两个燃气舵伸入单个喷管排气流中
第十章 推力矢量控制
推力矢量控制
10.1 引言 10.2 单喷管TVC机构 10.3 多推力室或多喷管的TVC 10.4 与飞行器的装配
引言
推力
火箭推进系统
力矩
气动控制 推力矢量控制
引言
引言
气动控制 1 不论有无推力都工 作 2 仅在有空气时工作 3 产生与速度的平方 成比例的推力 4 为控制失速，攻角 有上限急回转能力受 改变舵翼方向，取得气动控制 限 力 推力矢量控制
（1）高温燃气阀门可以采用更新的碳—碳结构件 和现代绝热材料制造； （2）已研制了侵蚀性低、对喷管和阀门的腐蚀较 小的固体推进剂。
单喷管TVC机构
二次注射的优缺点：
优点： （1）无活动的执行原件，反映灵敏； （2）轴向推力不会损失，反而有所增大； （3）伺服系统功率小，重量轻。
缺点： （1）致偏能力小； （2）液体喷射趋于淘汰，燃气喷射未经验证。