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| 編輯推薦： |
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本书得到航天科技图书出版基金的资助。目前市面上介绍液体火箭发动机试验技术的专著很少，高空模拟系统设计方面的专业书籍更加鲜见。本书把从事液体动力试验领域的专家和一线经验丰富的技术人员掌握的显性和隐性知识呈现出来，为从事液体火箭发动机试验系统设计与试验的专业技术人员提供理论指导和实践经验参考，让更多的年轻技术人员从中受益。本书所述内容力求通俗易懂、针对性强。
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| 內容簡介： |
本书主要介绍液体火箭发动机高空模拟试验真空环境获取系统的设计方法，内容包括真空获取系统的结构组成、核心装置的设计和调试与验证方法等。全书分为9章，第1章概论，主要介绍高空模拟试验在发动机研制中的目的与特点、高空模拟试验系统结构类型、高空模拟试验技术的现状与发展趋势等；第2章高空模拟试验系统总体设计；第3章试验舱与环境条件设计；第4章燃气升压系统设计；第5章燃气降温系统设计；第6章燃气抽吸系统设计；第7章蒸气生成系统设计；第8章高空环境参数测量；第9章系统调试与验证。
全书理论与实践相结合，贯彻工程经验必须经过实际验证的设计思想。本书读者对象为火箭发动机高空模拟试验系统设计与试验人员，火箭发动机设计人员，发动机试验风洞设计人员，高校从事火箭发动机设计理论教学的教师和学生，热爱航天事业的工程技术人员和航天爱好者。
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| 目錄：
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目录
第1章概论1
1.1高空模拟试验的目的与特点3
1.2高空模拟试验系统结构类型5
1.2.1扩压器开式系统5
1.2.2扩压器闭式系统5
1.2.3组合开式系统6
1.2.4组合闭式系统7
1.2.5新型高空模拟试验系统11
1.3高空模拟试验技术的现状与发展趋势12
1.3.1国内外高空模拟试验技术发展现状12
1.3.2国外高空模拟试验技术发展趋势16
参考文献18
第2章高空模拟试验系统总体设计19
2.1需求分析19
2.2设计依据和原则20
2.2.1设计依据20
2.2.2设计原则20
2.3总体功能与结构设计21
2.3.1模拟环境21
2.3.2总体结构设计23
2.4总体技术指标设计27
2.5指标分解与气动计算29
2.6环境条件总体设计30
2.6.1发动机冷热环境31
2.6.2发动机测试设备热防护32
2.7测控系统总体设计34
2.7.1控制系统总体设计34
2.7.2测量系统总体设计35
参考文献36
第3章试验舱与环境条件设计37
3.1试验舱设计37
3.1.1外加强带圆角矩形截面试验舱强度计算38
3.1.2外加强对称矩形截面试验舱强度计算44
3.2真空环境条件设计48
3.2.1低温环境模拟系统48
3.2.2高温环境模拟系统59
3.3稀薄流环境模拟系统73
3.3.1稀薄流环境73
3.3.2地球稀薄流环境模拟73
3.3.3火星稀薄流环境模拟78
3.4真空环境大喷管保护条件设计87
3.4.1系统设计87
3.4.2仿真计算91
3.4.3调试及结果评估92
参考文献94
第4章燃气升压系统设计95
4.1发动机扩压器系统流动模型95
4.2圆柱形超声速扩压器设计96
4.2.1圆柱形扩压器设计计算流程97
4.2.2圆柱形扩压器设计计算结果99
4.3二次喉道超声速扩压器气动计算100
4.3.1二次喉道超声速扩压器设计理论100
4.3.2计算流程104
4.3.3二次喉道扩压器计算结果108
4.4空气泄入式扩压器设计109
4.4.1计算模型110
4.4.2计算流程110
4.4.3空气间隙对气流参数的影响113
4.5扩压器结构设计计算113
4.5.1内外壁不连接条件下壁面强度计算114
4.5.2内外壁稠密连接条件下应力及承载能力计算116
4.5.3内外壁稠密连接条件下局部挠度计算119
4.6扩压器传热计算120
4.7扩压器壁温数值计算123
4.7.1相关公式推导123
4.7.2数值计算结果129
参考文献131
第5章燃气降温系统设计132
5.1气体热力性质计算132
5.2直接接触式燃气降温器设计计算135
5.2.1设计理论135
5.2.2冷却水雾化和蒸发136
5.2.3影响因素分析138
5.2.4降温器计算结果140
5.2.5结构设计142
5.3翅片管换热器设计计算145
5.3.1翅片管换热器技术要求145
5.3.2传热和气动计算146
5.3.3换热器计算结果150
5.3.4结构设计151
5.4冷却水流量控制和调试153
5.4.1流量控制装置154
5.4.2流量控制模型及计算155
5.4.3水流量计算和调试结果156
5.4.4试验数据验证结果157
参考文献158
第6章燃气抽吸系统设计159
6.1真空管道设计160
6.1.1流态判别160
6.1.2分子流时质量流量计算161
6.1.3黏滞流时质量流量计算161
6.1.4湍流时管道流阻计算162
6.1.5真空管道强度计算164
6.2真空管道密封165
6.2.1橡胶密封材料165
6.2.2O形橡胶圈166
6.2.3空心金属Ｏ形圈168
6.2.4高温真空条件下管道密封169
6.3真空系统设计计算172
6.3.1真空系统设计内容172
6.3.2真空系统设计流程172
6.3.3真空系统设计原则177
6.4气体喷射泵的一维流设计方法178
6.5蒸气喷射泵设计方法Ⅰ182
6.5.1气体引射器设计182
6.5.2气体压缩器设计185
6.5.3气体引射器计算结果185
6.6蒸气喷射泵设计方法Ⅱ186
6.6.1流量系数计算186
6.6.2工作蒸气耗量计算187
6.7蒸气冷凝器设计方法188
6.7.1蒸气冷凝器设计188
6.7.2蒸气冷凝器计算结果189
6.8喷射泵结构尺寸计算190
参考文献193
第7章蒸气生成系统设计195
7.1类型与组成195
7.2液氧酒精蒸气发生器设计196
7.2.1点火装置设计196
7.2.2发生器设计205
7.3空气酒精蒸气发生器设计214
7.3.1点火装置设计214
7.3.2发生器设计222
7.4蒸气发生器系统调试233
7.4.1点火器系统组成与调试233
7.4.2发生器系统组成与调试237
7.5发生器工程化应用242
7.5.1工程化方案242
7.5.2工程化实施243
参考文献246
第8章高空环境参数测量247
8.1推力参数测量247
8.1.1推力架结构组成247
8.1.2测量系统设计248
8.1.3真空环境推力测量255
8.1.4系统调试及性能评估262
8.2真空压力测量265
8.2.1真空压力265
8.2.2试验舱内压力参数测量267
8.3温度参数测量270
8.3.1接触式热电偶测温270
8.3.2非接触式温度测量272
8.3.3热流密度测量274
参考文献276
第9章系统调试与验证277
9.1系统调试内容277
9.2冷却水系统调试278
9.2.1冷却水流量调节形式279
9.2.2限流孔板的选择279
9.2.3系统调试282
9.3蒸气生成系统调试284
9.3.1系统冷调284
9.3.2系统热调287
9.4系统联合调试291
9.4.1调试目的291
9.4.2调试方法291
9.4.3负载气量计算291
9.4.4负载喷嘴计算292
9.4.5真空环境下设备受力计算293
9.4.6调试后的检查与数据分析294
9.5考台试验295
9.5.1试验目的295
9.5.2试验流程295
9.6系统性能评估299
9.6.1真空机械泵组性能评估299
9.6.2试验舱性能评估299
9.6.3燃气升压系统性能评估300
9.6.4燃气降温系统性能评估300
9.6.5蒸气喷射泵性能评估301
9.7调试总结与展望301
参考文献303
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| 內容試閱：
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前言
运载火箭、导弹等运载器所用的二级、三级、上面级火箭发动机以及卫星、飞船等航天器所用的姿轨控发动机需要在高空环境下工作，为获得这类发动机在实际工作环境下的性能、可靠性和热防护措施可行性等，需要在地面建造一个近似高空飞行的模拟环境，将发动机置于这种环境下进行试验，这类试验统称为发动机高空模拟试验。
高空模拟试验系统主要由发动机试验系统、真空获取系统、辅助系统（如吊装、电力、通信、气体生产、分析化验等）组成。发动机试验系统主要由推进剂供应系统、控制系统、测量系统等组成。这部分内容有
专门书籍介绍。真空获取系统一般由试验舱、燃气升压系统、燃气降温系统、燃气抽吸系统、蒸气生成系统等分系统组成，其作用是让被试发动机在试验舱内形成满流所需要的低压力环境并维持该环境。试验过程中这些分系统一起协调工作，完成发动机高空模拟试验任务。
《液体火箭发动机高空模拟试验系统设计》一书主要介绍液体火箭发动机高空模拟试验真空环境获取系统的设计方法，内容包括真空获取系统的结构组成、核心装置的设计和调试与验证方法等。全书分为9章，第1章概论，主要介绍高空模拟试验在发动机研制中的目的与特点、高空模拟试验系统结构类型、高空模拟试验技术的现状与发展趋势等；第2章高空模拟试验系统总体设计，主要介绍总体设计的需求分析、设计依据和原则、总体功能与结构设计、总体技术指标设计、指标分解与气动计算、环境条件总体设计、测控系统总体设计等；第3章试验舱与环境条件设计，主要介绍试验舱设计、真空环境条件设计、稀薄流环境模拟系统、真空环境大喷管保护条件设计等；第4章燃气升压系统设计，主要介绍发动机扩压器系统流动模型，扩压器设计，扩压器气动、结构及传热计算等；第5章燃气降温系统设计，主要介绍气体热力性质计算，燃气降温器、换热器设计计算，冷却水流量控制和调试等；第6章燃气抽吸系统设计，主要介绍真空管道设计、真空系统设计计算、气体喷射泵的一维流设计方法、蒸气冷凝器设计等；第7章蒸气生成系统设计，主要介绍液氧酒精蒸气发生器设计、空气酒精蒸气发生器设计、蒸气发生器系统调试等；第8章高空环境参数测量，主要介绍高空模拟环境下推力、压力、温度等参数测量方法等；第9章系统调试与验证，主要介绍真空获取系统的调试内容、冷却水系统调试、蒸气生成系统调试、系统联合调试、考台试验、系统性能评估等。
本书由史超、王志武等11位长期从事液体火箭发动机试验系统设计与试验、具有丰富工程实践经验的专业技术人员共同撰写。其中，史超确定全书的主题思想与架构、一二三级目录及章节核心论述内容，负责组织撰写人员对各章节内容进行多次审查修改并终定稿。本书第1章、第2章由史超、赵万明撰写；第3章由王志武、李广会、王宏亮、贺宏撰写；第4章、第5章、第6章由王志武撰写；第7章由曹明明、赵曙撰写；第8章由李广会、唐斌运、吕欣撰写；第9章由周献齐撰写。梁小强、焦玉屏、安会刚、杜晨昕负责组织策划、内容审查、图书出版管理等工作。罗维民研究员对全书进行了认真审查，提出了宝贵的修改意见。
目前，介绍液体火箭发动机试验技术的专著很少，高空模拟系统设计方面的专业书籍更加鲜见。书中典型的理论计算引用了公开发表的参考文献，部分计算公式、设计数据、调试结果、调试方法等是作者长期实践经验的积累、总结和引自未公开发表的单位内部资料，这些内部资料未在参考文献中列出。本书把从事液体动力试验领域的专家和一线经验丰富的技术人员掌握的显性和隐性知识呈现出来，为从事液体火箭发动机试验系统设计与试验的专业技术人员提供理论指导和实践经验参考，让更多的年轻技术人员从中受益，为我国将来建造能力更强、技术更先进的液体火箭发动机高空模拟试验系统奠定人才基础。全书理论与实践相结合，贯彻工程经验必须经过实际验证的设计思想。作者在大量理论与仿真计算的基础上，列举了典型并成功应用的设计实例，提升了本书的参考价值，帮助读者快速理解设计理论和方法。本书所述内容力求通俗易懂、针对性强。读者对象为火箭发动机高空模拟试验系统设计与试验人员，火箭发动机设计人员，发动机试验风洞设计人员，高校从事火箭发动机设计理论教学的教师和学生，热爱航天事业的工程技术人员和航天爱好者。
本书的撰写人员常年奋斗在液体火箭发动机试验一线，完成了大量的液体火箭发动机试验系统设计与试验任务，在承担繁重的科研试验任务的同时，努力完成了本书的撰写、修订等工作，付出了艰辛的劳动。在此，对参与本书撰写、策划、修改、出版等工作的所有人员深表感谢。在本书出版过程中，得到航天科技图书出版基金的鼎力资助和中国宇航出版社的大力支持，在此深表感谢。
由于作者水平有限，书中内容难免有疏漏和不妥之处，恳请液体火箭发动机试验领域的专家、学者和专业技术人员及广大读者给予批评指正。
史超
2021年10月于西安
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