电动泵与挤压式推进系统对比研究

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1、第43卷第2期2017年4月火箭推进JOURNALOFROCKETPROPULSIONV01．43，No．2Apr．2017电动泵与挤压式推进系统对比研究刘昌波(西安航天动力研究所，陕西西安710100)摘要：对电动泵和挤压式推进系统进行了对比研究，主要考虑了气瓶、增压气体、贮箱、电池和电机等因素对推进系统的影响，结果表明：相对于传统的挤压式推进系统，电动泵供应系统已经具有明显的优势，而且能够获得更高的综合性能；锂离子电池具有较大的能量密度和功率密度，更适合应用于电动泵供应系统；采用高性能永磁电机能够使得整个推进系统的质量更轻。在

2、实际推进系统设计时，应综合平衡发动机推力、燃烧室压力和工作时间等参数的影响，才能有效地控制电池和电机的质量，保证整个系统具有较高的综合性能。关键词：电动泵；推进系统；锂离子电池；电机中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2017)02—0032—08Comparativestudyonelectricpumpandpressure--fedpropulsionsystemsLIUChangbo(Xi’anAerospacePropulsionInstitute，Xi’an710100，China)A

3、bstract：Thecomparativestudyontheelectricpumpandpressure—fedpropulsionsystemsareperformedinthispaper，inwhichtheeffectsofgasvessel，compressedgas，tank,baReryandelectricmotorareconsideredemphatically．TheresultsshowthattheelectricpumPsystemismoreadvancedthanthetraditionalp

4、ressure—fedsystemandcanachievehighergeneralperformance，thelithiumionbaReryismoresuitablefortheelectricpumpsystemduetoitshigherenergydensityandhigherpowerdensity,andthehilghperformancepermanentmagnetmotorcammaketheelectricpump—fedpropulsionsystemlighter．Intheactualdesi

5、gnofpropulsionsystem，onlybycomprehensivebalanceofenginethrust，chamberpressureanddurationtimeparameters，cantheresearchersoptimizethemassofthebatteryandtheelectricmotoreffectivelyandguaranteehighergeneralperformanceofthewholesystem．Keywords：electricpump；propulsionsystem

6、；lithiumionbattery；electricmotor收稿日期：2016—06—26；修回日期：2016—11-20作暑简介：刘昌波(1979一)，男，博士，研究领域为液体火箭发动机推力室设计第43卷第2期刘昌波：电动泵与挤压式推进系统对比研究330引言1推进系统总体参数液体火箭常用的推进剂供应系统可以分为2种：挤压式和泵压式系统。挤压式系统比较简单，但需要高压气体／气瓶／贮箱，故系统的结构质量较大，一般适应于推力较小、总冲需求较低的推进系统。泵压式推进系统的结构质量相对较小，但发动机需要复杂的涡轮泵系统，研制成本高、周

7、期长，一般适应于推力较大、总冲需求较高的推进系统。随着电池和电机技术的进步，小推力、低总冲需求的推进系统采用电动泵供应推进剂已经成为可能。如，最近RocketLab公司提出了全电动泵供应系统的小型火箭Electron方案。采用大推力液体火箭发动机的推进系统，推进剂增压往往需要很高的功率。如某助推发动机，地面推力约750kN，两泵需要提供约3．6MW功率输入才能保证系统的功率平衡。按照目前的钕铁硼永磁电机能够达到约3kW／kg功率密度来计算，即使假设电机的效率为1．0，所需电机的质量也有约1．2t，如果再加上电池的重量，则整个推进系

8、统将太过于笨重而没有实用性。因此，电动泵供应系统比较适合于较小功率需求的推进系统，这就与挤压式系统形成了直接竞争关系【1]，对较小推力、较低总冲需求的泵压式推进系统也有很好的适应性。对电动泵推进系统，本文将结合同等推力量级的挤压式系统进行对比分析。