②氣體儲(chǔ)存方式

（1）常溫高壓

這種方式簡單粗暴，就是直接把氦氣灌入氣瓶。但常溫氦氣即使在10MPa的高壓下，密度也就15kg/m3。雖說系統(tǒng)簡單可靠，但氣瓶質(zhì)量就占相當(dāng)大分量，儲(chǔ)存1kg氦氣需要10kg結(jié)構(gòu)質(zhì)量，這在氣體需求量大的火箭基礎(chǔ)級(jí)中十分劃不來，因此只運(yùn)用在小推力系統(tǒng)上。

（2）低溫高壓

低溫儲(chǔ)存提高了氦氣的密度，使氣瓶的儲(chǔ)氣量提升到常溫狀態(tài)下的5.6倍左右，節(jié)省下的結(jié)構(gòu)質(zhì)量就可以給金貴的載荷。

為了給氦氣降溫，有些氣瓶放在低溫液體防護(hù)套中，套內(nèi)有流動(dòng)的液氮來保持低溫環(huán)境直至發(fā)射；有的則在氣瓶外貼20mm厚的聚乙烯泡沫塑料絕熱層，保持冷氦加注時(shí)的低溫。

隨著低溫推進(jìn)劑的應(yīng)用，氣瓶有了新的歸屬，它們被直接裝在貯箱中。這樣不僅節(jié)約氣瓶的安裝空間，液氫也是比液氮更冷的冷源，儲(chǔ)存效率又提升了~

但這些氣瓶也闖過禍。2016年9月1日，搭載Amos-6衛(wèi)星的獵鷹九號(hào)火箭在卡納維拉爾角LC-40進(jìn)行靜態(tài)點(diǎn)火。測(cè)試途中，由于二級(jí)氧箱內(nèi)的氣瓶支架斷裂，氣瓶在巨大的浮力作用下，加速撞向貯箱頂部導(dǎo)致破裂，其內(nèi)氣體泄露使貯箱壓力異常升高最終破裂，于是火箭解體。

（3）低溫低壓（亞臨界）

氦氣以密度更大的液態(tài)方式儲(chǔ)存，而要在低壓狀態(tài)下使氦氣液化，溫度要低至4K左右，而液氧大約90K，液氫只有20K，因此液氦只能靠自己。工作時(shí)，液氦汽化后送到貯箱增壓，氣瓶壓力下降，使其它液氦汽化，并吸收汽化熱。此方式依靠液氦不斷蒸發(fā)維持其它液氦的低溫，并通過氣氦使瓶內(nèi)呈液體-蒸汽兩相飽和平衡狀態(tài)來保持氣瓶較低壓力。

種增壓型式不僅大大減輕系統(tǒng)重量，而且避免較高的工作壓力而提高了安全性。但是這種方案要求完美的絕熱使液氦保持低溫，而且氣瓶內(nèi)存在液氣兩相，在失重環(huán)境下呈現(xiàn)兩相分離狀態(tài)，進(jìn)入增壓工作需要液氦沉底。

（4）低溫低壓（超臨界）

氦氣在其臨界壓力（0.229MPa）和臨界溫度（5.3K)狀態(tài)下發(fā)生相變而處于單相狀態(tài)。此時(shí)它既不是液體也不是氣體，而是超臨界流體。它既可以很容易地壓縮或膨脹，又具有較大的密度，如果用高壓精心調(diào)教，甚至還能超過液氦的密度，即常溫氦氣的拔倍。但這種儲(chǔ)存方式同樣對(duì)氣瓶隔熱性能的要求很高。

③加熱方式

在某些系統(tǒng)中，氣體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫燃?xì)獗粚?dǎo)入換熱器，給流經(jīng)此處的氦氣加熱以提高膨脹能力，可謂是壓榨干凈了每一克氦氣的加壓能力。

④控制方式

按照系統(tǒng)增壓壓力是否受控進(jìn)行區(qū)分，就可分為開式和閉式兩種。增壓過程中增壓氣體以恒定流量供應(yīng)，不進(jìn)行調(diào)節(jié)為開式；而通過探測(cè)貯箱壓力，對(duì)增壓氣體流量進(jìn)行閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)為閉式。

（1）開式

這種系統(tǒng)組成簡單， 但由于增壓氣體流量定，增壓壓力設(shè)計(jì)值一般偏高， 增壓氣體使用量相對(duì)較多。

氣體先流經(jīng)過濾器去除雜質(zhì)防止堵塞管道或閥門。隨后經(jīng)過減壓閥，將氣瓶壓力（35MPa）降低并保持在某一個(gè)需要的出口壓力以維持增壓氣體流量恒定。

然后通過節(jié)流圏進(jìn)一步降壓。

最后氣體通過管道末端的消能器正式進(jìn)入貯箱給推進(jìn)劑增壓。

可以看到，管路中設(shè)置各種障礙千方百計(jì)地給增壓氣體降壓、消能，使其盡可能輕柔地進(jìn)入貯箱，這是因?yàn)橐簹涫莻€(gè)“爆”脾氣，下面引用一段長五首飛01指揮員胡旭東的采訪一窺其兇險(xiǎn)。

說一個(gè)小的故事吧，在去年進(jìn)行長征五號(hào)運(yùn)載火箭合練的時(shí)候，液氫加注完，當(dāng)時(shí)發(fā)生了一件非常危險(xiǎn)的事情，當(dāng)時(shí)是火箭的氫箱相關(guān)的管路出現(xiàn)了泄露。大家知道液氫，這個(gè)東西非常的危險(xiǎn)，一不小心就會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸，一根針從一米的地方下落的能量就足以引燃?xì)錃夂鸵簹洹?/p>

這套裝備在閉式增壓方案中也會(huì)出現(xiàn)，下面就不重復(fù)了。

（2）閉式

閉式增壓方案需要設(shè)置壓力敏感裝置和流量調(diào)節(jié)裝置，但在節(jié)約增壓氣體用量方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

閉式增壓有增壓氣體流量調(diào)節(jié)和增壓氣體通斷控制兩大類。

流量調(diào)節(jié)采用一個(gè)可調(diào)開度的減壓器，根據(jù)貯箱壓力的升高或降低自動(dòng)調(diào)節(jié)減壓器的閥芯開度，減小或增大增壓氣體流量，從而將貯箱壓力控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。這種系統(tǒng)方案簡單，控制精度略差，只適用于增壓流量小的系統(tǒng)。

增壓氣體通斷控制又可分為壓力信號(hào)器控制類和壓力傳感器控制類兩種。

壓力信號(hào)器控制類

壓力信號(hào)器常與控制系統(tǒng)電阻盒搭配使用。壓力信號(hào)器內(nèi)的感壓元件根據(jù)箱壓的變化情況使觸點(diǎn)移動(dòng)，形成電路打開和關(guān)閉的效果。壓力信號(hào)器的開閉進(jìn)一步誘發(fā)電阻盒內(nèi)繼電器的開閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁閥供電的通斷控制。通過電磁閥的開閉控制來調(diào)節(jié)增壓氣體的流量，達(dá)到控制箱壓的目的。

這種方式比較簡單，除控制系統(tǒng)供電外幾乎依靠增壓系統(tǒng)自身就可完成箱壓的閉環(huán)控制。但是缺點(diǎn)也比較明顯，壓力信號(hào)器為機(jī)械式，膜片的可移動(dòng)距離本身就很小，這導(dǎo)致壓力信號(hào)器的控制范圍十分有限。此外，由于壓力信號(hào)器只能實(shí)現(xiàn) “ 不足即開，超出即關(guān)”的控制邏輯，當(dāng)箱壓控制帶寬較窄的時(shí)候容易引起電磁閥頻繁打開關(guān)閉，降低系統(tǒng)工作的可靠度。而且通常情況下壓力信號(hào)器與電磁閥的一一對(duì)應(yīng)，當(dāng)某個(gè)壓力信號(hào)器故障時(shí)，該增壓路就失效，應(yīng)對(duì)故障能力較差。

壓力傳感器控制類

壓力傳感器控制技術(shù)常和箭載計(jì)算機(jī)配合使用，控制器先對(duì)3個(gè)壓力傳感器采集到的箱壓進(jìn)行數(shù)據(jù)集成匯總，依據(jù)事先設(shè)定的控制邏輯判斷對(duì)電磁閥進(jìn)行“通”還是“斷”，之后向繼電器發(fā)出控制信號(hào)，真正實(shí)現(xiàn)電磁閥的通斷控制，進(jìn)而達(dá)到控制箱壓的目的。為提高控制精度，通常設(shè)置3個(gè)壓力傳感器，采用取平均值或者3取2的選取模式以減小測(cè)量誤差帶來的影響，并實(shí)現(xiàn)故障冗余設(shè)計(jì)。

壓力傳感器技術(shù)可以通過設(shè)計(jì)控制邏輯避免電磁閥頻繁開閉，并且增強(qiáng)應(yīng)對(duì)故障能力、提高了控制精度。同時(shí)，由于它使用的是傳感器，避免了壓力信號(hào)器中由于彈簧和膜片產(chǎn)品特性的誤差，進(jìn)一步提高了箱壓控制精度。

細(xì)心的同學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)，示意圖中的增壓線路都會(huì)分叉成兩路，如我國長征七號(hào)助推器就采用了主/備雙路增壓便于控制且增加冗余。

但是先進(jìn)的火箭已經(jīng)采用三路及以上的多路增壓方案。例如長征七號(hào)芯一級(jí)采用主/輔/備三路增壓，主路保持常通，輔路開閉控制流量，備路應(yīng)對(duì)故障狀況。

2）自生增壓

這種增壓型式顧名思義是由推進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部自己產(chǎn)生氣體進(jìn)行貯箱增壓，不需要單獨(dú)儲(chǔ)存增壓介質(zhì)。它使用推進(jìn)劑汽化的氣體，或兩種推進(jìn)劑在發(fā)動(dòng)機(jī)氣體發(fā)生器產(chǎn)生的部分燃?xì)庾鳛樵鰤簹怏w，給推進(jìn)劑箱增壓。

該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，重量小且潛在廢氣熱能得到有效地利用。

但是由于氣體來源依賴發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，產(chǎn)生箱壓有較長時(shí)間的滯后，為防止發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，推進(jìn)劑箱壓力因推進(jìn)劑流出而降低過大，必須先給貯箱補(bǔ)充增壓氣體（預(yù)增壓）。說來也簡單，只需在地面配氣臺(tái)扯根管子接到增壓管路上。

但是，對(duì)于二級(jí)和上面級(jí)，在一級(jí)飛行過程中，增壓氣體與低溫推進(jìn)劑熱交換會(huì)導(dǎo)致貯箱預(yù)增壓壓力下降。因此，還要加設(shè)補(bǔ)壓系統(tǒng)，使貯箱壓力滿足發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)條件。而補(bǔ)壓系統(tǒng)就是氦氣瓶加節(jié)流圈（氣瓶增壓青春版）……

單上面級(jí)的第一次啟動(dòng)都這么復(fù)雜，還考慮到滑行段初始?jí)毫Σ欢百A箱壁使蒸氣冷凝速率變化，因此，準(zhǔn)確地控制箱壓極為困難。這種增壓型式不適用于多次起動(dòng)任務(wù)。

（1）推進(jìn)劑汽化增壓

這種方式適用于低沸點(diǎn)、摩爾質(zhì)量小的推進(jìn)劑，如液氫、液氧等，通常在發(fā)動(dòng)機(jī)泵后高壓區(qū)引出一個(gè)分支，通過換熱器使用氣體發(fā)生器燃?xì)獾臒崃繉⑼七M(jìn)劑進(jìn)行氣化，并將溫度調(diào)節(jié)到要求值，再引入貯箱進(jìn)行增壓。

增壓系統(tǒng)中，換熱器上游的破裂膜片用以防止推進(jìn)劑在換熱器還沒有達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)能流人貯箱；換熱器下游的破裂膜片用以將貯箱與外界隔絕，減少由于長期貯存而引起的損耗與腐蝕；換熱器前的文氏管用以調(diào)節(jié)增壓氣體流量；氣體發(fā)生器后的限流嘴用以節(jié)給換熱器加溫的燃?xì)饬髁?，從而調(diào)節(jié)增壓氣體的溫度。

該方法的缺點(diǎn)是蒸發(fā)后的推進(jìn)劑為氣態(tài)無法利用，導(dǎo)致火箭運(yùn)力下降。我國傳統(tǒng)長征火箭的氧化劑貯箱均采用自生增壓。

值得一提的是，我國YF-100和俄羅斯的RD-191發(fā)動(dòng)機(jī)享受不了這種待遇。上文說過，蒸發(fā)所用推進(jìn)劑引自發(fā)動(dòng)機(jī)泵后。而像這樣的大推力發(fā)動(dòng)機(jī)為減少主泵的功率還增加了預(yù)壓泵，其驅(qū)動(dòng)工質(zhì)是氣體發(fā)生器產(chǎn)生的富氧燃?xì)?，降溫后還要融入主泵前的液氧，這就導(dǎo)致引出的液氧不可避免地水和二氧化碳等雜質(zhì)。若隨增壓氣體進(jìn)入貯箱，就可能形成冰粒子和絮狀物，影響管道閥門的正常開閉。所以它們就只能老老實(shí)實(shí)用氣瓶增壓了。

（2）氣體發(fā)生器燃?xì)庠鰤?br/>

燃?xì)庠鰤和ǔＪ菑陌l(fā)動(dòng)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器出口引出一個(gè)分支，通過設(shè)置在推進(jìn)劑管路上的換熱器進(jìn)行降溫處理，將燃?xì)饨档胶线m溫度，再引入貯箱進(jìn)行增壓。

由于燃?xì)獬煞峙c貯箱內(nèi)液體成分不同，只能對(duì)相容性好的貯箱進(jìn)行增壓，適應(yīng)性較差（液氧/煤油/液氫等不能使用）。我國傳統(tǒng)長征火箭的燃料貯箱均采用這種方式。

3）蓄壓器增壓

這種方式是以蓄壓器燃燒產(chǎn)生的氣體作為增壓介質(zhì)。分為固體和液體蓄壓器兩種形式。該方案結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，且沒有活動(dòng)部件（電磁閥啥的），對(duì)振動(dòng)等力學(xué)現(xiàn)象相對(duì)不敏感。但是因?yàn)槿紵豢煽?，且產(chǎn)物含有不能產(chǎn)生增壓效果的固體粒子等，很少出現(xiàn)在大型推進(jìn)系統(tǒng)中。而且燃燒產(chǎn)生的氣體溫度過高以及與某些推進(jìn)劑不相容導(dǎo)致其運(yùn)用范圍狹窄。

（1）固體蓄壓器

固體蓄壓器的本質(zhì)就是固體發(fā)動(dòng)機(jī)，用產(chǎn)生的燃?xì)鈦碓鰤骸?/p>

“29”是Epictète?E-8固體藥柱，重116kg，能燃燒產(chǎn)生氣體?！?strong>30”是火藥點(diǎn)火桿和安全保險(xiǎn)裝置。

由于燃?xì)鉁囟冗^高，所以還加了個(gè)120L的水箱(31)用于冷卻，最后由低于300℃的燃?xì)夂退魵饣旌贤瓿稍鰤骸?/p>

順便吐槽一下，這是唯一能找到運(yùn)用在火箭上的實(shí)例，只能說在歐洲一條心搞航天前各家的思路都很奇葩…

（2）液體蓄壓器

液體蓄壓器的本質(zhì)就是氣體發(fā)生器。工作時(shí)，氣瓶氣體經(jīng)減壓器進(jìn)入液體蓄壓器的推進(jìn)劑箱，分別將燃料和氧化劑擠入液體蓄壓器混合燃燒，其燃燒生成物分別進(jìn)入主燃料和氧化劑箱進(jìn)行增壓。為降低燃燒生成物的溫度，液體蓄壓器在非最佳混合比條件下工作，并且使得燃?xì)庠谘趸瘎┫浜腿剂舷渲胁话l(fā)生反應(yīng)：為此，排擠氧化劑的液體蓄壓器以富氧狀態(tài)工作，而排擠燃料的液體蓄壓器以富燃狀態(tài)工作。

4.輸送系統(tǒng)

在深入了解輸送系統(tǒng)前，你可能認(rèn)為它不過是一根管子，畢竟推進(jìn)劑在流進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的路上能出什么岔子呢？但它實(shí)際上是包含輸送管、防漩防塌裝置、和防晃裝置等的復(fù)雜系統(tǒng)，根據(jù)總體要求還可能安裝POGO抑制裝置。

上述裝置的作用就是保證推進(jìn)劑從貯箱出來后保持不塌陷、無漩、滿流、不夾氣的狀態(tài)輸送至發(fā)動(dòng)機(jī)。

這些都是嘛意思呢？下面就來逐個(gè)講述。

1.輸送管

輸送管一般可分為隧道管輸送方案和外管輸送方案。

隧道管輸送系統(tǒng)適用于管路直徑較大無法走箭體貯箱外部的情況。優(yōu)點(diǎn)是推進(jìn)劑出口在最低點(diǎn)，有利于推進(jìn)劑充分利用，總體結(jié)構(gòu)布局相對(duì)簡單；缺點(diǎn)是管道途經(jīng)的貯箱生產(chǎn)工藝復(fù)雜，系統(tǒng)重量相對(duì)較大。

順便推薦《撼天記》這部紀(jì)錄片，內(nèi)含大量珍貴圖片資料，非常值得一看（這么刁鉆的視角都有）

外管輸送系統(tǒng)相對(duì)簡單，適用于管路直徑較小、走箭體貯箱外部后箭體尺寸不超過運(yùn)輸包絡(luò)的情況。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)重量較小，貯箱設(shè)計(jì)難度相對(duì)較??；缺點(diǎn)是外輸送管的安裝布局受氣動(dòng)外形影響。

和人這么一對(duì)比，德爾塔火箭是真大呀…

2.防漩防塌裝置

細(xì)心的同學(xué)平時(shí)洗碗放水的時(shí)候就能觀察到出口處一般會(huì)形成這樣的漩渦，液面出現(xiàn)塌陷。這在火箭貯箱中同樣會(huì)發(fā)生。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)工作末段，也就是貯箱內(nèi)液面較低的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)劑夾氣。

下面我們通過一篇事故報(bào)告認(rèn)識(shí)一下夾氣的危害。

某型號(hào)液體火箭首次飛行試驗(yàn)后，對(duì)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Ⅲ分機(jī)在末級(jí)工作段主令關(guān)機(jī)前時(shí)，燃燒室壓力出現(xiàn)異常下降。在15.5ms內(nèi)，室壓由末級(jí)的額定工作壓力3.2MPa左右下降至2.0MPa左右，對(duì)應(yīng)推力由10.6t下降到6.5t，推力下降39%。

一級(jí)飛行末段Ⅲ分機(jī)燃燒室壓力下降后，在0.45s中又有小幅回升，而且其渦輪泵轉(zhuǎn)速上升了近800r/min，說明副系統(tǒng)工作正常，它力圖增加推進(jìn)劑供應(yīng)量來提高燃燒室壓力，但是沒有奏效。

直至主令關(guān)機(jī)時(shí)刻，室壓下降至0.77MPa?；鸺w行末段燃燒室壓力下降造成此段沖量損失2.2%，使主令關(guān)機(jī)時(shí)速度減少了2.1m/s；另外，推力不平衡導(dǎo)致出現(xiàn)最大舵偏角4°，最大姿態(tài)角0.16°、姿態(tài)角速度1.14°/s。燃燒室壓力下降對(duì)火箭飛行姿態(tài)、關(guān)機(jī)速度均產(chǎn)生較大影響。

事后發(fā)現(xiàn)，火箭設(shè)計(jì)之初在Ⅲ分機(jī)象限處安裝有儀器，造成Ⅲ分機(jī)的推進(jìn)劑輸送管口比其它三個(gè)要高。這種不對(duì)稱的布局，容易在淺液位時(shí)激起漩渦，造成飛行試驗(yàn)的推進(jìn)劑夾氣現(xiàn)象。

為避免此現(xiàn)象，對(duì)于火箭基礎(chǔ)級(jí)這樣的大流量輸送系統(tǒng)，常在輸送口處設(shè)置擋板或倒錐體這樣的防漩防塌裝置。

這是長征五號(hào)的擋板防塌防漩裝置，由葉片、隔板和骨架構(gòu)成，下層還集成了過濾網(wǎng)，兼具過濾功能。

長征二號(hào)二級(jí)燃料箱的出口處設(shè)置了倒椎體防漩器。

對(duì)于上面級(jí)這樣的小流量輸送系統(tǒng)，輸送口直徑較小，不易產(chǎn)生塌陷現(xiàn)象，主要考慮防止漩渦產(chǎn)生。因此通常在輸送口處設(shè)置十字隔板或消渦柵這梯的簡易防漩防塌裝置。

此外，貯箱底部的收縮曲線，輸送口的形狀和多輸送口的設(shè)置也都是防漩防塌設(shè)計(jì)的一部分，需綜合考慮各方面的因素才能最終達(dá)到較好的防漩防塌效果。

3.POGO抑制裝置

在液體火箭發(fā)射過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一種顯著的沿箭體縱向的振動(dòng)，它隨著火箭飛行自動(dòng)產(chǎn)生、增大然后逐漸減小，直至消失，經(jīng)歷時(shí)間一般為10~40s。反映在過載-飛行時(shí)間曲線上，真實(shí)過載會(huì)偏離設(shè)計(jì)過載而出現(xiàn)一個(gè)鼓包形包絡(luò)。

這種特殊的振動(dòng)現(xiàn)象因振動(dòng)方向?yàn)榭v向，和小孩喜歡玩的一種彈跳玩具———POGO Stick非常相似，故被命名為POGO振動(dòng)。

1）POGO的起源故事

在國內(nèi)POGO被翻譯為縱向耦合振動(dòng)，是指箭體結(jié)構(gòu)和液路系統(tǒng)（主要是推進(jìn)劑輸送管路），在振動(dòng)頻率和相位等參數(shù)相接近或耦合時(shí)的一種閉合回路系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，是一種不穩(wěn)定的閉環(huán)自激振動(dòng)。

當(dāng)箭體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在某種干擾力作用下激起縱向振動(dòng)時(shí)，便在液路系統(tǒng)中產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，此種壓力脈動(dòng)引起發(fā)動(dòng)機(jī)推力的脈動(dòng)，脈動(dòng)的推力又反回來加劇結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，如此正反饋構(gòu)成閉路循環(huán)系統(tǒng)。但由于推進(jìn)劑的消耗，箭體結(jié)構(gòu)頻率特性隨時(shí)間是變化的，所以POGO振動(dòng)有一個(gè)產(chǎn)生、加劇和消逝的過程。

2）POGO的影響

已出現(xiàn)的振動(dòng)頻率范圍為5Hz~60Hz，振動(dòng)造成的過載峰值在有效載荷處為17g，在發(fā)動(dòng)機(jī)處為34g，屬于比較嚴(yán)重的振動(dòng)環(huán)境，可能將有效載荷振壞，影響任務(wù)完成，如法國“鉆石”B運(yùn)載火箭（又是它）。還可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力劇烈振蕩造成火箭性能降低，或出現(xiàn)虛假的推進(jìn)劑耗盡信號(hào)，致使發(fā)動(dòng)機(jī)提早關(guān)機(jī)，例如“阿波羅13號(hào)”任務(wù)中二級(jí)的情況。對(duì)于載人飛行，POGO還在雙子星任務(wù)中造成宇航員視力模糊，身體不適。

3）抑制POGO的蓄壓器

抑制POGO現(xiàn)象大多采用將箭體結(jié)構(gòu)固有頻率與輸送系統(tǒng)振動(dòng)頻率分開的方式。由于改變箭體固有頻率幾乎是不可能的，因此，通常采用改變輸送管路液體振動(dòng)頻率的方法。

上文提到，像幽靈一樣在輸送管道中傳遞的壓力脈動(dòng)是導(dǎo)致POGO的罪魁禍?zhǔn)?，所以，只要能吸收掉脈動(dòng)（脈動(dòng)打錢），從而降低液路系統(tǒng)的頻率和振幅，使輸送管路的振動(dòng)頻率遠(yuǎn)離箭體的固有頻率，就能達(dá)到抑制作用。實(shí)現(xiàn)該功能的裝置就是蓄壓器。

（1）降低液體彈性

通過向推進(jìn)劑輸送管中注入不冷凝氣體（氦氣、氮?dú)猓黾油七M(jìn)劑的可壓縮性，降低液體的分布彈性，從而降低推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)的振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)抑制POGO效應(yīng)的目的。通常稱之為注氣法。

這位老哥很好地解釋了航天飛機(jī)注氣式蓄壓器的工作原理。

（2）引入集中彈性

即在發(fā)動(dòng)機(jī)入口增加一個(gè)大型彈性元件，如彈簧或氣盒，吸收掉壓力脈動(dòng)的振蕩能量。

早期大力神火箭就采用彈簧式。

我國則用的都是儲(chǔ)氣式。

在俄羅斯的很多運(yùn)載火箭中，藝高人膽大的老毛子并不設(shè)置專門的POGO抑制裝置，而是在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上入手，利用發(fā)動(dòng)機(jī)泵對(duì)系統(tǒng)頻率的影響來避免POGO效應(yīng)。

4.晃動(dòng)抑制

晃動(dòng)的危害就不必多說了，火箭推進(jìn)劑質(zhì)量占總重近九成，晃動(dòng)在貯箱壁上產(chǎn)生的振蕩力和力矩對(duì)控制、制導(dǎo)系統(tǒng)都有極大影響。

解決辦法也很簡單，在貯箱壁上裝防晃板。

往上翻，撼天記那張圖里也能看見防晃板。

因?yàn)樘塘?，所以插條冷知識(shí)（

自遙三后長征五號(hào)的一級(jí)氫箱采用的不再是方案階段設(shè)計(jì)的“環(huán)形、半圓形和十字分隔”3種共6塊防晃板設(shè)計(jì)，而是取消了4塊，只留“環(huán)形擋板”和“箱底十字分隔板”2塊。

對(duì)芯一級(jí)氫箱減重優(yōu)化后，雖然助推段短時(shí)間（56~90s）內(nèi)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，但由于芯一級(jí)氫箱晃動(dòng)質(zhì)量相對(duì)整體火箭質(zhì)量而言很小，其帶來的慣性力也很小，因此芯一級(jí)氫箱晃動(dòng)不會(huì)對(duì)飛行姿態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)擺角等特征參數(shù)帶來顯著的不利影響。

但由于液氧與煤油箱晃動(dòng)質(zhì)量均偏大，如果減配煤油或液氧箱的防晃板將直接導(dǎo)致整個(gè)飛行姿態(tài)的不穩(wěn)定。而對(duì)于二級(jí)氫箱，二級(jí)一次飛行段很容易出現(xiàn)大幅度液體晃動(dòng)，晃動(dòng)到滑行段后還會(huì)進(jìn)一步放大。液體大幅度晃動(dòng)很可能加劇增壓氣動(dòng)與液體的熱交換過程，消耗增壓氣瓶的氣體用量，出現(xiàn)這種情況對(duì)增壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常不利。所以除一級(jí)氫箱外的其它貯箱都保留試樣階段設(shè)計(jì)。

5.相關(guān)系統(tǒng)

1）推進(jìn)劑利用系統(tǒng)

在火箭起飛前，貯箱不能一整個(gè)裝滿推進(jìn)劑，而是要留下一定的氣體空間，讓增壓系統(tǒng)能在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)瞬時(shí)進(jìn)行增壓。而剩余容積裝的推進(jìn)劑也不是全都能利用。

發(fā)動(dòng)機(jī)建立起飛推力需要一個(gè)過程，雖然時(shí)間較短，但期間消耗的推進(jìn)劑不能忽略不計(jì)。而有起飛牽引釋放裝置的發(fā)射臺(tái)，在火箭推力達(dá)標(biāo)以后并不放行直至完成發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)，該部分消耗的推進(jìn)劑就更多。

對(duì)于低溫推進(jìn)劑，加注管道撤離后到排氣閥關(guān)閉前也會(huì)沸騰并排放到箭體外，這部分推進(jìn)劑消耗也必須考慮。還有預(yù)冷消耗，下面會(huì)細(xì)嗦。

在飛行末段，貯箱也不是一滴也不剩。上文講到淺液位時(shí)形成液面塌陷會(huì)導(dǎo)致推進(jìn)劑夾氣，但如果完全耗盡推進(jìn)劑，防塌防漩裝置也沒辦法憑空變出推進(jìn)劑來防止氣體進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)泵系統(tǒng)。所以推進(jìn)劑必須有安全余量來維持貯箱最淺液位。

推進(jìn)劑利用系統(tǒng)的工作就是盡量把不可利用的推進(jìn)劑降到最低(能到推進(jìn)劑總質(zhì)量的0.4~2％)，一般從加注和剩余控制兩方面入手。

（1）加注

發(fā)動(dòng)機(jī)嶄新出廠后會(huì)在試車站測(cè)出最佳性能下燃料和氧化劑的混合比，貯箱加注時(shí)也以此數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。為了測(cè)定加注混合比，就需要液位指示器。

浮子式液位傳感器是將一個(gè)長導(dǎo)管立于貯箱中，導(dǎo)管上穿有一個(gè)浮子漂在液面上，在導(dǎo)管內(nèi)按不同高度分布著很多開關(guān)。當(dāng)浮子到達(dá)某個(gè)開關(guān)時(shí)開關(guān)就閉合。這樣，通過檢測(cè)開關(guān)的閉合與否即可知道液面的高度。

電容式液位傳感器的主要構(gòu)件是內(nèi)裝有金屬桿芯的長管狀（或長金屬片狀）電容器。隨著推進(jìn)劑液位高度的變化，桿芯與管之間的電容量也相應(yīng)發(fā)生變化，每一液位高度對(duì)應(yīng)于某一電容量值，因而可以通過測(cè)量桿芯與管之間的電容量值求得液位的高度。

（2）剩余控制

雖說加注混合比已經(jīng)是最佳混合比，但是天上的幺蛾子很多，如空氣動(dòng)力加熱會(huì)蒸發(fā)部分推進(jìn)劑，過載改變泵或燃燒室入口壓力，這些均會(huì)使貯箱混合比遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳混合比。

而所謂推進(jìn)劑剩余，是指在雙組元推進(jìn)系統(tǒng)中，當(dāng)一種推進(jìn)劑的可用部分已經(jīng)耗盡時(shí)，另一種推進(jìn)劑就算剩余也不能給發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生推力。若發(fā)動(dòng)機(jī)一味苛求在最佳混合比下工作就會(huì)導(dǎo)致大量的不可利用推進(jìn)劑。

剩余下的推進(jìn)劑沒有用于提高火箭的沖量，并使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火點(diǎn)的質(zhì)量（死重）增加，而火箭熄火點(diǎn)速度與起飛/熄火質(zhì)量比的自然對(duì)數(shù)成正比。此時(shí)就需要推進(jìn)劑利用系統(tǒng)強(qiáng)制發(fā)動(dòng)機(jī)在貯箱混合比條件下工作來減少剩余。

這種裝置在飛行中定時(shí)或連續(xù)地測(cè)定貯箱推進(jìn)劑的質(zhì)量比，然后與設(shè)定的最佳混合比相比較(系統(tǒng)也要權(quán)衡是保發(fā)動(dòng)機(jī)比沖還是減少剩余)，并根據(jù)需要自動(dòng)地控制發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)劑利用閥門，調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際燃燒混合比，使發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，兩種推進(jìn)劑同時(shí)接近耗盡。

2)預(yù)冷系統(tǒng)

低溫推進(jìn)劑直接與常溫狀態(tài)下的火箭液路接觸會(huì)發(fā)生劇烈的汽化，在輸送管道內(nèi)導(dǎo)致間歇泉效應(yīng)造成管道破裂，而在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)就會(huì)引起啟動(dòng)過程汽蝕或其他不穩(wěn)定的破壞工況出現(xiàn)。

因此預(yù)冷系統(tǒng)利用推進(jìn)劑或者其他低溫介質(zhì)對(duì)管道和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行冷卻，防止出現(xiàn)“間歇泉”等低溫輸送不穩(wěn)定性現(xiàn)象，保證渦輪泵的可靠工作。

(1)輸送管路預(yù)冷

①“間歇泉”效應(yīng)起源故事

低溫液體在垂直管道中流動(dòng)時(shí)，管道的熱量加熱其內(nèi)的流體，導(dǎo)致管壁附近的液體密度減小，因此管壁附近的液體沿管壁向上流動(dòng)，流回貯箱。而貯箱中的冷流體則沿管路中心向下流動(dòng)，以此來保持管道內(nèi)壓力平衡，于是靠近壁面的流體形成了一個(gè)邊界層。

若管道持續(xù)加熱流體，邊界層的厚度逐漸增大，直到阻擋中心流體的流動(dòng)，使對(duì)流停止。此時(shí)漏入管道中的熱量進(jìn)一步加熱流體，提高管道中液體的溫度，直到它達(dá)到沸騰溫度。但是液體必須要有汽化核心的存在才能沸騰。汽化核心由一些雜質(zhì)、管道粗糙表面、或氣泡形成，但火箭輸送管道是一個(gè)很純的液體及表面光滑的系統(tǒng)，因此流體在超過飽和溫度(數(shù)值上等于沸點(diǎn))因?yàn)闆]有大量汽化產(chǎn)生氣泡吸熱而繼續(xù)升溫(過熱現(xiàn)象)。此時(shí)輕微的不平衡或擾動(dòng)就會(huì)使過熱氣泡迅速爆發(fā)出來。

當(dāng)這一刻終于來臨，大量氣泡將朝阻力最小的管道中心區(qū)域移動(dòng)并聚積，經(jīng)過一系列我一點(diǎn)都看不懂的氣泡相互作用后(快進(jìn)到復(fù)雜氣泡動(dòng)力學(xué)環(huán)境)形成Taylor氣泡。

然后兩個(gè)Taylor氣泡之間產(chǎn)生一定激活效應(yīng)(我都不知道我在講啥)合成一個(gè)彈狀氣泡。

反正最后就是這個(gè)氣泡把液柱擠出管路送回貯箱。回貯箱的液體由于重力作用重新充入管道，而剩下的液體由于剛才的汽化逐漸冷卻，溫度降至飽和溫度下，蒸氣的產(chǎn)生停止，這使液體下落幾乎沒有任何緩沖。如此高速流動(dòng)的低溫液體將產(chǎn)生類似水錘的壓力波動(dòng)，對(duì)供應(yīng)管道、閥門和管路造成結(jié)構(gòu)性損害。

間歇泉現(xiàn)象通常在管路充滿后3~5分鐘發(fā)生，如果管道夠熱，這樣的噴泉還能反復(fù)玩很多次(名字的由來)，但在管路充滿1小時(shí)完全冷卻后一般不會(huì)發(fā)生。

②消除“間歇泉”

從上文看出，引發(fā)該現(xiàn)象的根本原因是對(duì)流失效未能有效釋放進(jìn)入流體的熱量來防止過熱的產(chǎn)生。

I.加強(qiáng)對(duì)流

在雙管輸送系統(tǒng)(兩條管路在底部相連)，如果傳入流體的熱量不平衡，則一個(gè)管路中的液氧比另一條管路中的液氧加熱得快，該管路中的密度會(huì)減小得較快。由于密度減小則需補(bǔ)充液氧來重新使系統(tǒng)的壓力平衡。補(bǔ)充到液氧管路的液氧將推動(dòng)密度較小的、較熱的液氧流體向上運(yùn)行，直到進(jìn)入貯箱冷卻。

兩條管路中由于密度差形成了循環(huán)的動(dòng)力，它將克服摩擦阻力及壓降使流體在管路中循環(huán)流動(dòng)。采用這種方法后流體溫度較低，產(chǎn)生間歇泉現(xiàn)象的條件很難達(dá)到。

II.注入氦氣

一些火箭使用了不冷凝的氣體（如氦氣）加注到液氧管路的底部，以此來抑制間歇泉現(xiàn)象。由于注入的是純氦，在氦氣泡中氧氣的分壓為0，于是液氧能克服蒸氣壓變成氧氣向氦氣泡傳遞。

由于在傳遞過程中，液氧汽化從周圍環(huán)境吸熱，因此產(chǎn)生了過冷效應(yīng)。，將大部分液體冷卻下來，使它低于飽和溫度，阻止了產(chǎn)生間歇泉的過熱量的積聚。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷

①排放預(yù)冷

低溫冷卻劑流經(jīng)渦輪泵腔，對(duì)渦輪泵體進(jìn)行冷卻后從發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷泄出閥排到火箭箭外，這樣的預(yù)冷方式稱為排放預(yù)冷。預(yù)冷使用的低溫冷卻劑可采用發(fā)動(dòng)機(jī)使用的推進(jìn)劑，也可采用其他類型的冷卻劑，如液氦、液氮等。

半人馬上面級(jí)的RL-10就把排放預(yù)冷做得爐火純青，在地面階段白嫖液氦冷卻氫泵，這樣在高空的第一次點(diǎn)火前的預(yù)冷就只需8秒，大大地節(jié)約了推進(jìn)劑。

本子的LE-5略微不同，地面和高空預(yù)冷用的都是推進(jìn)劑，第一次熄火后至第二次點(diǎn)火前的慣性滑行階段采用每隔200秒排放10秒推進(jìn)劑的連續(xù)排放預(yù)冷方法維持發(fā)動(dòng)機(jī)的低溫(RL-10滑行30分鐘后點(diǎn)火前短時(shí)進(jìn)行17秒的預(yù)冷，就叫間歇排放預(yù)冷)。

②自然循環(huán)預(yù)冷

在發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)冷回流閥前引出一段回流管，接回貯箱。預(yù)冷開始后，推進(jìn)劑從貯箱流入輸送管路，經(jīng)過泵前閥、泵腔，冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)后由回流管流回到貯箱。在該系統(tǒng)中管路流動(dòng)沒有外加驅(qū)動(dòng)裝置，流動(dòng)僅由回流管與輸送管內(nèi)推進(jìn)劑的密度差所驅(qū)動(dòng)(類似預(yù)冷管道的裝置)，這種預(yù)冷方式就稱為自然循環(huán)預(yù)冷。

那密度差是怎么來的呢？通?；亓鞴芏疾唤^熱或絕熱差，進(jìn)入回流管的熱量遠(yuǎn)大于進(jìn)入輸送管和貯箱內(nèi)的熱量?；亓鞴軆?nèi)的推進(jìn)劑受熱汽化，密度變小，貯箱和輸送管內(nèi)的推進(jìn)劑由于絕熱仍然保持液態(tài)，密度較大，這樣就造成輸送管和回流管內(nèi)推進(jìn)劑的密度差。

但是加速度過載和氣動(dòng)加熱都是影響循環(huán)驅(qū)動(dòng)力的重要因素(對(duì)于二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)來說，一級(jí)在地面預(yù)冷沒這么多事)。在復(fù)雜多變的航天環(huán)境中，密度差形成的微薄驅(qū)動(dòng)力顯然不夠看，為了增強(qiáng)循環(huán)流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，保證對(duì)泵的充分預(yù)冷，通常在自然循環(huán)中加入氦氣引射裝置，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)。

二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)除了起飛前的地面預(yù)冷階段外，在起飛后二級(jí)點(diǎn)火前的一級(jí)飛行段需要繼續(xù)預(yù)冷。所以二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)可以選用不同預(yù)冷方案組合使用，例如長七的二級(jí)就選用了“地面自然循環(huán)+空中引射循環(huán)”。

對(duì)于需要二次啟動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)就沒那么多選擇了，因?yàn)樵诨卸蔚奈⒅亓顟B(tài)下，自然循環(huán)是無法形成的，只能采用排放預(yù)冷。

用于引射的氦氣是通到回流管的，也就是說最后會(huì)進(jìn)入貯箱。所以長七一頓騷操作，把二級(jí)自生增壓需要的補(bǔ)壓系統(tǒng)集成到了氦氣引射裝置上。

③強(qiáng)制循環(huán)

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下液氧的密度為1136.6kg/m3，比水的密度還更大一些，通常是可以建立自然循環(huán)流動(dòng)的。但由于液氫的密度很低，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下僅為70.8kg/m3，依靠密度差的自然循環(huán)通常無法建立，因此一般適宜采用循環(huán)泵來驅(qū)動(dòng)液氫循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)然循環(huán)泵的研制難度是非常大的，因此早期的氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)都是采用排放預(yù)冷。

3)推進(jìn)劑管理系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，貯箱內(nèi)的液體不再受過載影響被壓在貯箱底部，而是以液-氣混合狀態(tài)漂浮。此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)若想再次啟動(dòng)，貯箱底部的推進(jìn)劑入口很可能吸不到推進(jìn)劑導(dǎo)致點(diǎn)火失敗，即使吸到了，也混雜著氣體。

推進(jìn)劑管理系統(tǒng)的作用就是保證發(fā)動(dòng)機(jī)再啟動(dòng)時(shí)能吸到不夾氣的推進(jìn)劑。

(1)彈性袋

顧名思義，就是一袋子裝在在貯箱里，且開口一端固定在貯箱開口處，使推進(jìn)劑貯存在袋內(nèi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，在袋的另一端引入增壓氣體，使袋擠扁將推進(jìn)劑經(jīng)出口擠入發(fā)動(dòng)機(jī)，保證氣-液分離隔絕輸送，良好地適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)多次起動(dòng)飛行。

由于彈性袋的特性，現(xiàn)代航天器利用彈性袋作為密封并長期貯存液體推進(jìn)劑的手段。在交付使用時(shí)，就將液體推進(jìn)劑預(yù)先裝填入彈性袋里，連同航天器一起運(yùn)輸、長期貯存，中間無須進(jìn)行更換或處理。這樣，就可以節(jié)省大量的地面設(shè)備及時(shí)間，簡化操作程序，速速發(fā)射。

當(dāng)然，你也可以在袋子里裝氣體，用氣袋把推進(jìn)劑擠出貯箱。

(2)蓄留器

在太空的失重環(huán)境中，主導(dǎo)液體狀態(tài)的力是表面張力，它會(huì)讓液體表現(xiàn)出喜歡“黏”在物體表面的特性。

蓄留器利用了相同的原理使部分推進(jìn)劑留在葉片及入口處，使發(fā)動(dòng)機(jī)能順利啟動(dòng)，建立推力后其它推進(jìn)劑也沉底保證了后續(xù)供應(yīng)。

仔細(xì)看貯箱內(nèi)部那張圖也能發(fā)現(xiàn)類似葉片的結(jié)構(gòu)，而且有八片。

還有能吸附更多液體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但占用空間太大。

(3)啟動(dòng)箱

它在飛行器加速階段將液體推進(jìn)劑收集到啟動(dòng)箱中，再起動(dòng)時(shí)，用排擠裝置把推進(jìn)劑輸送進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)供應(yīng)啟動(dòng)。

4)推進(jìn)劑排放系統(tǒng)

空間碎片對(duì)航天安全的威脅不必多說，而20世紀(jì)90年代起航天器與空間碎片碰撞的可能已超過原規(guī)定的安全限度。為此，國際上相應(yīng)制定了空間法，在發(fā)展航天的同時(shí)，各有關(guān)國家都要采取有效的措施減少空間碎片的增長。由于上面級(jí)爆炸產(chǎn)生的碎片占相當(dāng)大一部分，因此成了首先處理對(duì)象。

(1)為什么會(huì)炸

原因歸納起來主要有以下幾個(gè)方面：太陽光照引起箱內(nèi)剩余推進(jìn)劑蒸發(fā)使貯箱超壓；推進(jìn)劑貯箱泄漏、混合引起爆炸；箭上化學(xué)電池爆炸，引起貯箱爆炸。

(2)如何預(yù)防

由此可見，爆炸的根源是貯箱內(nèi)有剩余推進(jìn)劑。而上文講過，為保證飛行中發(fā)動(dòng)機(jī)安全地工作，推進(jìn)劑都有一定的安全余量，加之貯箱、輸送管路結(jié)構(gòu)等因素，通常推進(jìn)劑是不會(huì)用盡。所以，防止上面級(jí)爆炸的根本辦法就是排盡推進(jìn)劑。

①燃燒室排放

土星五號(hào)三級(jí)采用這種型式。因?yàn)樗褂玫陌l(fā)動(dòng)機(jī)具有再起動(dòng)能力，只要打開發(fā)動(dòng)機(jī)泵前起動(dòng)閥門，即可將推進(jìn)劑通過燃燒室排出箭體外，不需增加任何排放結(jié)構(gòu)。

但是這種方案是在貯箱壓力下進(jìn)行的，必須通過無動(dòng)力的泵、節(jié)流的文氏管、主閥門、噴嘴，還有燃燒室冷卻套。這導(dǎo)致推進(jìn)劑排放速度很緩慢。如阿波羅11號(hào)任務(wù)后剩余液氧約180kg，排放了300.2s；剩余液氫約538kg，排放了1000.2s。排放程序控制系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)間要較長。

②燃燒室燃燒排放

德爾塔火箭上面級(jí)采用該法。運(yùn)送任務(wù)結(jié)束后，剩余推進(jìn)劑為113.4kg，貯箱壓力為1.379MPa，氣瓶殘留壓力為12.41MPa。它在與飛船分離一定距離以后，發(fā)動(dòng)機(jī)再起動(dòng)點(diǎn)火將剩余推進(jìn)劑排擠入燃燒室進(jìn)行燃燒耗盡，并保持推進(jìn)劑閥門打開1min，使貯箱壓力降低到0.517MPa，氣瓶壓力基本上降到零。

日本H-I上面級(jí)則采用“慢速工況點(diǎn)火”，即發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵不工作，僅在貯箱壓力狀態(tài)下輸送剩余推進(jìn)劑進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室點(diǎn)火燃燒。采用這個(gè)方法，能夠在幾百秒之內(nèi)將剩余推進(jìn)劑燃燒排空。該方法除了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制盒稍加修改外，不需要改變發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。

③蒸發(fā)排放

阿里安上面級(jí)在主發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，其液氫剩余量近200kg，液氧剩余約400kg，氣瓶壓力為6MPa~7MPa。為防止爆炸，采取讓推進(jìn)劑箱里剩余推進(jìn)劑蒸發(fā)，并經(jīng)排氣管排放的方法。液氫/液氧的沸點(diǎn)很低，極容易蒸發(fā)，據(jù)計(jì)算，剩余量大約在24h內(nèi)蒸發(fā)掉。因此，“阿里安”上面級(jí)火箭僅在其液氧排氣口和液氫安全閥上各增加電爆裝置，按排放程序打開放空就完事了。

④排空管排放

發(fā)動(dòng)機(jī)一次關(guān)機(jī)后，其泵前管路殘余推進(jìn)劑會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)余熱作用下會(huì)在泵內(nèi)蒸發(fā)為氣體，降低再起動(dòng)可靠性。如果無規(guī)則地通過泵密封件漏出，則產(chǎn)生的干擾力矩就影響航天器姿態(tài)。

因此需要一個(gè)排泄系統(tǒng)，由排空管和泵前隔離閥門組成。在發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)后，關(guān)閉隔離閥門的同時(shí)打開兩個(gè)隔離閥門的排泄口，泵前管路中的推進(jìn)劑或蒸氣通過排泄口進(jìn)入排空管并排出箭體外。

阿金納上面級(jí)把排放系統(tǒng)與泵前管路殘余推進(jìn)劑排空管結(jié)合在一起，順便把貯箱里所有剩余推進(jìn)劑排放掉。

沒有再啟動(dòng)能力的發(fā)動(dòng)機(jī)就需要專門設(shè)置電爆排放閥門及排空管路。排空管入口位于貯箱底部出口附近。排放程序?yàn)椋夯鸺{(diào)整姿態(tài)與載荷拉開一定距離后，先打開氧化劑排放電爆閥門，延遲一段時(shí)間時(shí)間后通電打開燃料排放電爆閥門，防止兩種燃料混合反應(yīng)。液體停止流動(dòng)后，氣瓶氦氣和貯箱推進(jìn)劑蒸氣混合物開始進(jìn)入排空管。排氣要持續(xù)幾個(gè)小時(shí)，直到所有剩余推進(jìn)劑全部蒸發(fā)，推進(jìn)劑箱壓力衰減到空間環(huán)境壓力為止。

⑤專用排放系統(tǒng)

長征四號(hào)三級(jí)在發(fā)動(dòng)機(jī)隔離閥門(上文提到再啟動(dòng)用的)

前氧化劑和燃料輸送管路上接出氧化劑和燃料接排放管路。在排放管路上分別設(shè)置排放電爆閥門、測(cè)量傳感器和排放平衡器。排放過程與貯箱排空管相似。

6.后記

完結(jié)撒花~

上次輯稿時(shí)間2021年8月21日17:04，時(shí)隔一年才把牙膏擠完。但拖更也是有好處滴，蹲到了一些很棒的相關(guān)期刊，能多氵點(diǎn)圖。

最后講個(gè)笑話，寫完發(fā)現(xiàn)有個(gè)活動(dòng)叫“坎公世界構(gòu)建計(jì)劃”還以為是咱們KSP玩家雄起了，結(jié)果不是啊……