總序

中國航天事業(yè)創(chuàng)建60年來，走出了一條具有中國特色的發(fā)展之路，實現了空間技術、空間應用和空間科學三大領域的快速發(fā)展，取得了“兩彈一星”、載人航天、月球探測、北斗導航、高分辨率對地觀測等輝煌成就。航天科技工業(yè)作為我國科技創(chuàng)新的代表，是我國綜合實力特別是高科技發(fā)展實力的集中體現，在我國經濟建設和社會發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。

作為我國航天科技工業(yè)發(fā)展的主導力量，中國航天科技集團公司不僅在航天工程研制方面取得了輝煌成就，也在航天技術研究方面取得了巨大進展，對推進我國由航天大國向航天強國邁進起到了積極作用。在中國航天事業(yè)創(chuàng)建60周年之際，為了全面展示航天技術研究成果，系統梳理航天技術發(fā)展脈絡，迎接新形勢下在理論、技術和工程方面的嚴峻挑戰(zhàn)，中國航天科技集團公司組織技術專家，編寫了《中國航天技術進展叢書》。

這套叢書是完整概括中國航天技術進展、具有自主知識產權的精品書系，全面覆蓋中國航天科技工業(yè)體系所涉及的主體專業(yè)，包括總體技術、推進技術、導航制導與控制技術、計算機技術、電子與通信技術、遙感技術、材料與制造技術、環(huán)境工程、測試技術、空氣動力學、航天醫(yī)學以及其他航天技術。叢書具有以下作用：總結航天技術成果，形成具有系統性、創(chuàng)新性、前瞻性的航天技術文獻體系；優(yōu)化航天技術架構，強化航天學科融合，促進航天學術交流；引領航天技術發(fā)展，為航天型號工程提供技術支撐。

雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越�！笆�三五”期間，中國航天事業(yè)迎來了更多的發(fā)展機遇。這套切合航天工程需求、覆蓋關鍵技術領域的叢書，是中國航天人對航天技術發(fā)展脈絡的總結提煉，對學科前沿發(fā)展趨勢的探索思考，體現了中國航天人不忘初心、不斷前行的執(zhí)著追求。期望廣大航天科技人員積極參與叢書編寫、切實推進叢書應用，使之在中國航天事業(yè)發(fā)展中發(fā)揮應有的作用。

2016年12月序一

習近平總書記指出：“探索浩瀚宇宙，發(fā)展航天事業(yè)，建設航天強國，是我們不懈追求的航天夢。”運載火箭可以說是托起航天夢的基礎，經過幾代人50余年的努力，長征系列液體運載火箭家族不斷發(fā)展壯大，技術不斷創(chuàng)新發(fā)展，為我國航天事業(yè)的進步做出了重要貢獻。本書的作者們都是中青年科技工作者，他們承上啟下，既傳承了老一輩增壓輸送系統工作者們的智慧和經驗，也對很多理論與產品進行了探索和創(chuàng)新。

增壓輸送系統是運載火箭推進系統的組成部分，承擔的功能貫穿了運載火箭發(fā)射和飛行過程，在任何一個環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都可能產生嚴重影響，造成火箭發(fā)射推遲甚至任務失敗。在世界航天史上，由于增壓輸送系統問題造成飛行故障的情況屢見不鮮。部分問題的發(fā)生與對系統的認識和理解不夠清楚有關，因此，明確的系統概念、清晰的系統功能劃分，對理解增壓輸送系統和做好系統研制工作具有重要意義。本書在總結前人工作的基礎上，對增壓輸送系統的定義和內涵進行了新的闡述，即增壓輸送系統是實現箭上推進劑供給功能的系統，包含增壓系統、輸送系統和貯存系統。

要把這樣一本書寫好并非易事，主要在于增壓輸送系統包含的學科專業(yè)較多，科學問題和工程實踐交織，既有低溫推進劑流動相變和結構隨機振動疲勞等復雜艱深的基礎科學問題，又有系統、管路、閥門、氣瓶等產品研制的具體工程實踐。本書分為上、下兩篇。上篇對增壓系統、輸送系統、貯存系統和可靠性度量四方面進行了詳細論述。通過在增壓輸送系統工程設計中合理引入相關理論，使讀者能夠很好地理解和掌握增壓輸送系統的基礎知識；通過對增壓輸送系統中關鍵技術的專題探討，對當前增壓輸送系統設計所面臨的難題和現有的解決方法進行了闡述。下篇對管路、閥門、氣瓶、蓄壓器和密封結構等組件進行了詳細介紹。從增壓輸送系統組件設計和使用過程中的常見問題和難點出發(fā)，對組件的應力應變疲勞、沖擊振動破壞、運動導向、自激振動、穩(wěn)定性、無損檢測、安裝和減振等內容進行了專題論述。全書內容重點突出，專業(yè)性強，飽含了作者豐富的研制經驗，凸顯了作者在增壓輸送系統領域的積累，一定會對讀者有所啟發(fā)。

薪火相傳、歷久彌新。當前世界正處于百年未有之大變局，我國也正處于“十三五”結束、“十四五”開端的關鍵時刻。本書的出版承載著作者團隊多年來孜孜探索的專業(yè)成果，希望能夠幫助和激勵更多的航天工程師，承前啟后，再接再厲，進一步提升增壓輸送系統專業(yè)技術水平，為我國運載火箭技術的發(fā)展做出更大的貢獻。

序二

序二

浩瀚宇宙充滿無盡的未知和挑戰(zhàn)，人類對于太空的渴望促進航天技術不斷地發(fā)展和完善。從發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”起，到新世紀先后完成載人航天、月球探測和建立“北斗”全球衛(wèi)星導航系統，中國運載火箭支撐了國家航天戰(zhàn)略的發(fā)展。當前，我國新一代液體運載火箭已陸續(xù)服役，可以預見在相當長的一段時間內，液體動力火箭仍將以其性能上的優(yōu)勢，繼續(xù)作為進入太空的主要運載工具。

增壓輸送系統作為液體火箭的重要系統，承擔一系列氣體、液體的貯存、輸送和增壓功能。它系統功能復雜，產品種類多樣，涵蓋了火箭從零件生產到總裝，從加注到飛行的整個生命周期。其功能正常與否，與每一發(fā)火箭任務的成敗休戚相關。經過一代代工程師的不懈努力，一個又一個的科學和工程問題得到解決，增壓輸送系統的可靠性逐步提升，為上述重大工程任務的成功提供了有力支持。

增壓輸送系統的發(fā)展與推進劑種類的選擇和運載火箭的規(guī)模息息相關。首先，為適應推進劑從常溫的酒精、煤油、四氧化二氮和偏二甲肼轉變?yōu)榈蜏氐囊簹�、液氧，增壓輸送系統研究了絕熱、氣封、預冷等技術，以消除低溫給加注、停放和輸送等過程帶來的影響。其次，為保證不同種類推進劑可靠、高效地從貯箱輸送給發(fā)動機，增壓輸送系統從用氮氣為貯箱增壓開始，發(fā)展出用推進劑蒸氣或燃氣為貯箱增壓、用常溫或低溫貯存的氦氣為貯箱增壓等增壓方式，以適應不同火箭的特點。再次，隨著運載火箭規(guī)模的增大，增壓輸送系統產品從幾十毫米的小口徑、小規(guī)模發(fā)展到數百毫米的大口徑、大規(guī)模，系統和產品的性能和效率越來越高。

本書從增壓輸送系統功能需求出發(fā)，圍繞系統工程實現這一主線，汲取國內外設計應用經驗，從系統和組件的理論、設計到驗證均進行了很好的總結和提煉。本書不僅體現了增壓輸送系統的全局性和系統性，還體現出實踐性強、理論與工程結合緊密的特點。與同類書籍相比，對深低溫增壓輸送系統及其組件進行了較為深入的論述。

全書體系完備、結構清晰、內容翔實，凝聚了我國液體運載火箭增壓輸送系統幾十年的研制成果，是集體智慧和心血的結晶，具有較高的學術水平。不僅能對我國液體運載火箭工程師和相關技術人員提供有意義的指導和幫助，書中分析和解決相關問題的方法也能對相關專業(yè)的高校師生提供借鑒和參考。

前言

推進系統是運載火箭的重要系統，為運載火箭提供推力。液體運載火箭推進系統一般由發(fā)動機和增壓輸送系統構成。目前介紹運載火箭發(fā)動機原理、設計、試驗的書籍、文獻較為豐富，而介紹增壓輸送系統的相對較少。北京宇航系統工程研究所作為我國主要的運載火箭總體研制單位，50余年來研制的各型運載火箭為中國航天事業(yè)的發(fā)展做出了卓越貢獻，同時增壓輸送系統專業(yè)也同步發(fā)展，經過幾代人多年的努力，積累了很多寶貴的經驗。通過本書的編寫，對相關知識進行總結和提煉，可為后續(xù)增壓輸送系統研制和專業(yè)發(fā)展提供幫助。同時，也想通過本書的編寫進一步加強航天知識的普及與應用，為相關從業(yè)者和高校師生提供借鑒和參考。

在推進系統中，發(fā)動機燃燒推進劑為運載火箭提供推力，增壓輸送系統則負責給發(fā)動機提供推進劑。在本書中，對推進劑加注、貯箱排氣、氣封吹除、預冷、增壓、輸送、消漩防塌、水擊、間歇泉抑制、POGO抑制、微重力推進劑管理等增壓輸送系統各功能進行了梳理，歸納為增壓、輸送和貯存三個系統。其中，增壓系統為推進劑貯箱提供增壓氣體，并控制貯箱氣枕壓力，起到保護貯箱和抑制推進劑汽化的作用；輸送系統是將推進劑按要求的溫度、壓力和流量從貯箱輸送到發(fā)動機的系統；貯存系統是實現推進劑加泄、存放功能的系統，包括為此服務的貯箱排氣、氣封吹除、微重力推進劑管理等功能。

增壓輸送系統在系統實現過程中，第一，需要依據總體要求，開展系統功能需求分析，完成包含增壓計算、出流分析、推進劑管理等內容的增壓、輸送和貯存系統設計、分析和試驗；第二，要完成貯箱、閥門、管路、蓄壓器、氣瓶、密封等各種組件的設計、分析和試驗；第三，要完成各組件產品在運載火箭上的總裝設計、分析和試驗工作；第四，可靠性工作要貫穿始終。為掌握相關設計方法，需要開展貯箱內氣液固傳熱、不同過載條件下推進劑的流動特性、推進劑和結構耦合振動、振動條件下的結構疲勞、導向結構破壞機理等基礎理論研究工作。本書在介紹系統和組件構成的基礎上，著重介紹工程實踐過程中涉及的理論和方法。

全書除第1章緒論和第11章展望外，分為系統和組件兩篇。章標題以系統和組件名稱劃分，涉及的試驗和仿真內容放在相關章節(jié)中。

上篇“系統”以系統設計為主，包含增壓系統、輸送系統、貯存系統和可靠性內容，共4章。第2章為增壓系統，介紹了增壓方式、增壓換熱數學模型、增壓流量控制、增壓氣體消能，對增壓系統的性能仿真和試驗也進行了討論。第3章為輸送系統，以推進劑輸送為主線，對輸送系統布局方案、貯箱出流、POGO抑制、水擊、發(fā)動機預冷、推進劑剩余控制、間歇泉抑制、分叉流壓

力跳變抑制等問題進行分析。 第4章為貯存系統，主要介紹了推進劑加泄、貯箱排氣保險、氣封吹除、低溫推進劑貯存管理和微重力推進劑管理等內容。第5章為增壓輸送系統可靠性度量，從可靠性模型、可靠性預計、可靠性指標分配、可靠性評估、可靠性試驗五個方面對增壓輸送系統可靠性工作進行了闡述。

下篇“組件”以增壓輸送系統常用組件為主，包括管路、閥門、氣瓶、蓄壓器和密封結構等內容。第6章為管路，包括管路結構及附件、管路材料介質相容性、管路補償、管路熱防護、管路應力分析與評定、管路振動疲勞分析及評估、管路應變疲勞分析、管路穩(wěn)定性、管路試驗等內容。第7章為閥門，講述了閥門結構原理，同時對閥門的運動導向，自激振動及穩(wěn)定性，沖擊、振動與疲勞進行了論述。第8章為氣瓶，對金屬材料氣瓶、復合材料氣瓶、試驗與檢測、安裝和減振進行了論述。第9章為蓄壓器，主要對蓄壓器結構形式進行介紹，對金屬膜盒柱失穩(wěn)、金屬膜盒疲勞壽命、注氣式蓄壓器防晃設計進行了專題分析。第10章為密封結構，主要對結構形式、預緊力設計、漏率模型及檢測方法進行了介紹。

大型液體火箭推進劑貯箱除了承擔推進劑貯存功能外，還是傳遞載荷的主要結構之一。在國內現有運載火箭設計分工上，貯箱由結構專業(yè)設計完成。增壓輸送系統用傳感器主要包括壓力、溫度、脈動壓力、流量、位置傳感器，它們從功能上屬于增壓輸送系統，在實際工作中，箭上傳感器由測量系統負責研制和齊套。本書不再論述這兩部分內容，詳細內容可參考相關文獻。消能器、消漩防塌裝置、引射器等組件的結構相對簡單，下篇也不再對其進行詳細介紹。

本書得到龍樂豪院士、劉竹生院士、厲彥忠教授、李來風教授、梁國柱教授、常永恒研究員、張成文研究員、張福忠研究員、張善群研究員和黃兵研究員的審閱和指導，在此表示由衷的感謝。在編著過程中，北京宇航系統工程研究所的王道連、修建生、丁建春、張立強、馬飛、賀啟林、李文釗、劉敏、張志廣、王洪銳、岳兵、趙濤、吳云峰、武園浩、楊燕、霍毅、崔景芝、李娟娟、史剛、梁景媛、趙春宇、耿屹、岳婷、李敏行、張宇、滿滿、王叢飛、方紅榮、葉超等提供了大力協助，在此一并致謝。

本書的編著人員均為航天一線的工程技術人員，受水平所限，書中難免有錯誤和不足之處，望廣大讀者批評指正。

編著者