航天器單組元肼推進劑系統(tǒng)設計【哈工大】

航天器單組元肼推進劑系統(tǒng)設計班級學號姓名任務要求為以下航天器設計一個單組元肼推進劑系統(tǒng)干重：550kg；轉動慣量：lx=2000kgm2，ly=4000kgm2，lz=10000kgm2；推進器最大力臂為2m。要求：平移速度增量900m/s（穩(wěn)態(tài)點火狀態(tài)）；卸載沖量=40000Ns（穩(wěn)態(tài)點火狀態(tài)）；姿態(tài)控制機動=30000Ns（脈沖模式）；穩(wěn)態(tài)模式比沖lsp=230s；脈沖模式比沖lsp=120s；最小脈沖寬度=20ms；俯仰、偏航、或者滾轉機動的最大可用時間5分鐘內(nèi)機動90°；落壓比4.5；氮氣做擠壓氣體;最大貯箱壓力4.5MPa；隔板推進劑控制；最大鈦應力690MPa；沒有單一的結構失靈造成任務故障。列出一個推進劑清單；選擇貯箱的數(shù)目；選擇發(fā)動機推力。確定貯箱尺寸。劃出原理圖：包含儀器設備。列出推進系統(tǒng)重量目錄。故障模型和效率分析。定義要求軌道控制所需沖量：550kg*900m/s=495000Ns飛輪卸載所需沖量：40000Ns脈沖總沖：30000Ns最大力臂：2m推進系統(tǒng)溫度范圍：4到50℃一、推力要求推力器選擇5N推力器最大力臂：2m推進系統(tǒng)溫度范圍：4到50℃沒有單點故障推進器配置：航天器需要12個推進器完成三軸穩(wěn)定控制二、推進劑清單估計平均比沖，短暫燃燒是230s，脈沖燃燒是120s1）短穩(wěn)態(tài)點火所需推進劑：2）脈沖燃燒所需推進劑：推進劑清單(495000+40000)/230/9.8=219.6kg30000/120/9.8=25.5kg3）備用：50%=122.6kg4）小計：可用推進劑=367.7kg5）殘余推進劑：3%的可用推進劑二367.7*0.03=11.031kg6）漏失：0.5%的可用推進劑=18.385kg7）裝載推進劑：397.1kg三、初始選擇落壓增壓落壓比為B=4.5沒有復壓氮氣增壓初始壓強為：4.5MPa隔板推進劑控制貯箱采用：雙球形貯箱（經(jīng)過快速計算，單個貯箱太大）鈦所允許的最大壓強為：690MPa四、推進劑貯箱設計1)貯箱體積計算以最高溫度50℃下肼的密度來計算，密度為：高溫度50°C下肼的密度來計算，密度為：pH4N2(50℃)=981kg/m3肼的體積:Vp=Mp/pH4N2(50℃)=397.1/981=0.40479103可用推進劑體積為:Vu=Mu/pH4N2(50℃)=367.7/981=0.37482161初始氣墊體積為:Vgi=Vu/(B-1)=0.37482161/3.5=0.10709189在沒有隔膜之前貯箱體積:Vt=Vgi+Vp=0.40479103+0.10709189=0.51188292由于選擇雙貯箱，每個體積：Vt/2=0.51188292/2=0.25594146估計隔膜體積占1%或者0.00511883需要總體積為：0.51700175每個貯箱體積為：0.258500872)貯箱設計：內(nèi)直徑：2*(0.75*0.25850087/n)"(1/3)=0.79035304m壁厚為：4.5*0.79035304/4/690=0.001288610.000025m貯箱質量：按最大壁厚估計質量，密度為4429.892kg/M1=(4/3)n(4429.892)[0.39649013^3-0.39517652^3]=11.457kg3)隔膜設計：假設隔膜厚度為0.0019m,密度為890kg/隔膜體積為：Vd=(2/3)n(0.39517652^3-(0.39517652-0.0019)"3)=0.00185535隔膜質量：M2=0.00185535*890=1.6513kg假設墊圈寬0.025m,質量M3=2n*0.39517652*0.0019*0.025*830=0.0979kg隔膜總質量：M=1.7492kg貯箱裝備質量為每個13.206kg,總共26.412kg

4）增壓質量:調整過的每個貯箱初始氣墊體積為Vgi=0.10709189每個貯箱裝載的氮氣的質量為：4.5*103*0.10709189/(8.315*323.15)=0.179kg（兩個貯箱:0.359kg）五、系統(tǒng)原理圖措力羯對iffil

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常*網(wǎng)口3：I---支刷 @網(wǎng)n加熱揩他比雄惘我網(wǎng)推力那時依憶聲血”研能時為L2到過道割U6,,HF12€系統(tǒng)功能簡圖六、故障模型建立1）采用加排閥裝載氮氣和肼，必須用雙重密封防止泄露。2）肼必須避免凝固，冰點大約在2℃。肼凝固就會收縮。如果液體肼填滿之后凝固，管路就會斷裂阻塞?？梢钥紤]在管道，貯箱，閥門的周圍放置加熱器和恒溫器，同時加熱催化堆也能提升性能和壽命。3）選擇傳感器監(jiān)視系統(tǒng)壓力和溫度。七、推進質量估計組成單個質量，kg個數(shù)總質量，kg推進劑：397.1可用183.852367.7不可用14.722