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机械制造及其自动化
Mechanical Manufacturing and Its Automation

第二节 变推力液体火箭发动机控制设计研究

一、发动机动态特性建立

变推力液体火箭发动机能够为航天器提供可控动力，满足不同推力的需求，
从多方面提高飞行性能。发动机的变推力技术随着液体火箭发射需求的多样化而
不断发展，因此液体火箭发动机推力控制方案是当前变推力发动机研制工作中的

重要研究内容。
变推力火箭发动机推力调节的关键在于煤油流量的调节、推进剂当量比及
推进剂喷注压降的稳定，实现燃烧室压力的稳定调节，从而实现发动机推力的
调节。

（一）电机泵工作特性建模
两种常用液体火箭发动机推进剂增压方案是挤压式增压方案和泵压式增压方
案。在挤压式增压方案中，利用高压气体对贮箱中推进剂增压，使推进剂达到系

统需求流量和入口压力，并送到发动机燃烧室中。这种增压系统方案的优点在于
结构简单、工作可靠，适用于推力较小、工作时间较短的发动机。涡轮泵压式增
压系统中，推进剂增压主要靠涡轮泵来完成。首先对贮箱中推进剂进行一定的增
压，使推进剂压力满足涡轮泵入口所需压力，再通过涡轮泵对推进剂进行进一步

增压。这种增压方式对贮箱增压的需求较低，贮箱质量较小，适用于大推力液体
火箭发动机。然而，挤压式增压系统各个元件体积较大、质量大、比冲低，涡轮
泵压式增压系统结构复杂，系统耦合性强，且控制方案只能采用节流装置来实现

推进剂流量的调节，对涡轮泵本身进行调节的方案目前仍有部分难点难以攻克。
因此，这部分内容提出采用电机泵实现推进剂增压的推进剂供应系统方案。对于
火箭发动机不同的推力需求，通过控制器计算推进剂流量、当量比、喷注压降等
工作参数，通过调节电机转速，带动煤油电机泵和液氧电机泵向发动机燃烧室供
应煤油和液氧，产生推力同时实现调节。

电机泵增压式推进剂供应与控制系统方案本质上是泵压式增压方案的一种，
虽然增压能力比涡轮泵增压式小，但是增压能力强于挤压式增压方案，同时具有
较为简单的循环回路。电机泵的优势在于：一是使用直流电机驱动，叶片等关

键部位不接触高温燃气，可靠性高；二是推进剂流道简单，能够稳定实现推力调
节；三是电机泵相关技术成熟可靠，能够实现工程实际应用，电机泵由电机和泵

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