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[发动机] 液氧煤油高压补燃发动机研究进展(500吨级液氧煤油发动机首次燃气发生器-涡轮泵联试...

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 楼主| naugty 发表于 2012-7-30 09:04 | 显示全部楼层
新一代大推力发动机点火成功 中国火箭获得新动力
来源:人民日报
日期:2012/07/30

7月29日,记者从中国航天科技集团获悉,我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机点火试验获得成功,将为我国空间站建设和深空探测提供更大动力。大推力发动机将在哪些领域获应用?有哪些重要意义?

  标志我国成为第二个掌握液氧煤油发动机核心技术国家

  7月29日,记者从中国航天科技集团获悉,我国新一代大推力120吨液氧煤油火箭发动机在该集团第六研究院点火试验获得成功,这将为我国2014年实现长征5号火箭首飞以及进行后续载人航天和月球探测工程等打下坚实基础。

  “两个月前,国家国防科工局刚刚完成了对该型号发动机的项目验收,标志着我国成为继俄罗斯之后第二个完全掌握液氧煤油高压补燃循环液体火箭发动机核心技术的国家。”中国航天科技集团总经理马兴瑞告诉记者。

  据介绍,这台储存了3年、此前已经历过两次极限工况热试车考验的发动机,在又一次的挑战极限考验中表现完美。这也表明中国航天动力正在经历新旧更迭,将大大加快我国由航天大国向航天强国迈进的步伐。

  火箭发动机专家、航天科技集团六院院长谭永华说,自2000年国家正式立项进入工程研制至今的12年间,液氧煤油发动机已先后进行了百余次试车。从研制高压补燃循环发动机开始到现在,已突破80余项关键和核心技术,先后研制出3种基本型发动机,以及5种适应不同火箭总体飞行状态的发动机。

  发动机推力提高六成,火箭运载能力是常规3倍

  从某种程度上说,探索太空的能力,取决于航天发动机的推力。我国现役长征系列运载火箭,有过推举神舟九号与天宫一号圆满完成载人交会对接任务的辉煌,但其推力已经不能满足未来航天技术发展的需求,研制新一代液体火箭发动机显得格外迫切。

  据了解,现阶段我国使用的发动机单台推力是70吨左右,火箭的运载能力在9吨上下。120吨级液氧煤油发动机采用了目前世界上最先进的高压补燃循环系统,可谓世界航天动力领域的“珠峰”。其推力比我国现有长征系列运载火箭发动机提高60%以上,火箭运载能力是原来的3倍左右;不仅采用的推进剂、循环方式与常规发动机不同,在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上,也比现有发动机高出数倍,在推力吨位、性能方面有大幅度提高。

  与常规发动机相比,液氧煤油发动机还具备诸多的优点:一是推力大;二是没有污染,液氧和煤油都是环保燃料,而且易于存贮和运输;三是经济,比常规发动机推进剂便宜60%;四是可靠性高;五是可重复使用。

  攻克起动和关机等多道难关,成功实现整机600秒长程试验

  大推力火箭发动机作为世界航天动力领域的技术高点,研制过程并非一帆风顺。“在整机研制初期,失败与挫折是家常便饭。”中国工程院院士、航天科技集团六院科技委主任张贵田说。

  据了解,液氧煤油发动机各方面性能都有大幅度提高,这就意味着发动机及各部件要在比现有发动机更恶劣的条件下工作。这不仅加大了发动机的设计难度,而且对加工、试验设备以及材料、工艺等提出了更高的要求。

  如同飞机起飞和降落是最难控制的时段一样,液体火箭发动机的起动和关机是最复杂最难设计的动态过程,尤其是起动过程,在零点几秒内,发动机的转动件要从不转动加速到每秒几万转的高转速;燃烧组件要从环境温度达到三四千摄氏度的高温,起动过程的每个指令都必须精确到百分之几秒,甚至千分之几秒。任何一个环节设计不好,都可能导致发动机故障甚至爆炸。

  液氧煤油发动机刚开始进行的几次整机试车都失败了,外界也出现了质疑声。经过紧张激烈的艰苦攻关,设计人员终于摸清了试车失败的根源,设计了最理想的起动方案和起动程序。

  六院党委书记黄亮说,科研人员正是凭着锲而不舍的精神,连续闯过了涡轮泵联动试验、半系统试验、整机试验三大难关,成功实现整机600秒长程试验。

  在国外航天专家眼里,建设一座数百吨推力规模的发动机试车台,从主体奠基到正式试验投产,至少要用三年时间,而六院人仅用了一年半。经过考台试车和正式试车的验证,这座亚洲第一试车台的总体设计、技术、设备等指标均达到了国内外先进水平。

  大推力火箭将于2014年首飞,为我国深空探测提供更坚实动力

  据专家介绍,目前所有飞行状态发动机均已完成考核任务,开始交付火箭总体进行相关试验。

  谭永华透露,装备液氧煤油发动机的火箭将于2014年首飞,将为我国下一步空间站建设以及深空探测提供坚实的动力支撑。届时,中国人的飞天之路将会变得更加顺畅,中国航天员将会越飞越高,在太空的工作和生活也会变得更加舒适和美好。

  与此同时,新一代大推力火箭发动机的研制,直接带动了相关产业的发展。谭永华介绍,在六院新一代大推力液氧煤油发动机研制中,为了解决高低温、高压、强氧化、高转速、大功率等问题,六院与相关单位一起研制开发了近50种新材料,包括高强度耐氧化的不锈钢、高温合金、纳米涂层、镀层、橡胶等等。

  在新工艺方面,通过技术攻关突破了30多项关键工艺,其中多项技术达到国内甚至国际领先水平,并拥有自主知识产权。同时,这些新技术在民用领域也会有很大的应用前景。(蒋建科)
纸飞机 发表于 2012-7-30 09:08 | 显示全部楼层
谭永华透露,装备液氧煤油发动机的火箭将于2014年首飞
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CZ-6也要拖到14年?

点评

目前长六总体,一级发动机都在试验阶段,明年能不能首飞是个疑问,2014年首飞可能性大。  发表于 2012-7-30 09:14
ssizz 发表于 2012-7-30 10:04 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
3种基本型是什么意思?

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固定,单摆,双摆  发表于 2012-7-30 10:06
gleamliuxin 发表于 2012-7-30 11:09 | 显示全部楼层
小白求问:液氧煤油高压补燃循环液体发动机技术是目前最先进的火箭发动机技术么
gleamliuxin 发表于 2012-7-30 11:11 | 显示全部楼层
看百度文库里说是代表了最高水平了~~~
turbopump 发表于 2012-7-30 17:27 | 显示全部楼层
gleamliuxin 发表于 2012-7-30 11:09
小白求问:液氧煤油高压补燃循环液体发动机技术是目前最先进的火箭发动机技术么

个人认为就目前的情况,可以这样说,不过改成:“液氧煤油富氧高压补燃循环发动机技术是目前最先进的液氧煤油火箭发动机技术”限定一下范围可能更好一些
gmgm201 发表于 2012-7-30 19:52 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
既然是自主研制,为什么要从毛子引进啊?既然引进了,为什么还是研制这么长时间呢?我真是搞不懂这种矛盾的逻辑?

点评

别人把饭菜端上来,你总得要嚼一嚼,吞一吞,才能咽得下去,才会变成你身体的营养嘛  发表于 2012-7-31 17:43
比如说:中国要造航母,可以引进乌克兰的瓦良格来做训练舰,国产航母具体的结构,系统整合等等处理起来容易许多。这样站在巨人的肩上要看得远些,是一个道理...  发表于 2012-7-31 00:25
在那个年代里面, 以及后来的十年是很混乱的。 很多设计局的档案室都不知道文件去哪里了。据说一直持续到2000年初被整顿才逐步停下来。  发表于 2012-7-30 23:43
很简单,买的是发动机实物。发动机的相关技术原理、制造技术等都要从头自己研究。  发表于 2012-7-30 21:00
大体可以认为是拿到了一本高数教材,花了一年来学习。须知还是有很多人就算有教材也学不会的。  发表于 2012-7-30 20:39
 楼主| naugty 发表于 2012-7-30 21:25 | 显示全部楼层
gmgm201 发表于 2012-7-30 19:52
既然是自主研制,为什么要从毛子引进啊?既然引进了,为什么还是研制这么长时间呢?我真是搞不懂这种矛盾的 ...

只是搞了台RD-120回来,技术是没法引进的。
没人告诉你如何启动(YF-100研制初期接连爆炸两次),没人告诉你用什么煤油(毛子专家说国产没有最好别用,最多只能试车10秒),没人告诉你涡轮泵的动平衡(动平衡花了2-3年才吃透),没人给原材料(新研制了GH4586等高温合金涡轮泵材料)。没人告诉伺服机构怎么搞(RD-120不摆动)。
所以拿到YF-100就好比初中生拿到本量子力学,没有十年磨一剑的付出,就没有今天的结果。

点评

毛子说只能试验3秒,张贵田试验了10秒  发表于 2012-8-4 17:58
GH4095/4096应该也能用到火箭发动机上吧  发表于 2012-8-1 11:06
GH4586是为火箭发动机研制的,但是寿命短;目前尝试将其改进型GH4586B用于航空,还是有不少问题要解决。  发表于 2012-7-31 19:30
GH4586?航空发动机用没用?看着眼熟。  发表于 2012-7-31 13:45
许可证生产的生产线上各种工艺参数都是固定的,多数时候都是直接派人来调试。如果不从头攻关就无从知道参数是怎么来的,只能造这一个型号以及小幅度的改进性,对研发新一代意义不大。这种例子在汽车工业里比比皆是。  发表于 2012-7-31 01:16
研制过程中光发动机就造了62台,呵呵.......  发表于 2012-7-31 00:39

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chengangxx 发表于 2012-7-30 23:36 | 显示全部楼层
naugty 发表于 2012-7-30 21:25
只是搞了台RD-120回来,技术是没法引进的。
没人告诉你如何启动(YF-100研制初期接连爆炸两次),没人告 ...

搞了2台回来
s9103871 发表于 2012-7-31 00:59 | 显示全部楼层
naugty 发表于 2012-7-30 21:25
只是搞了台RD-120回来,技术是没法引进的。
没人告诉你如何启动(YF-100研制初期接连爆炸两次),没人告 ...

中国从引进到能自立自强 自主研发 这过程不容易阿
turbopump 发表于 2012-7-31 11:12 | 显示全部楼层
naugty 发表于 2012-7-30 21:25
只是搞了台RD-120回来,技术是没法引进的。
没人告诉你如何启动(YF-100研制初期接连爆炸两次),没人告 ...

受教了,技术上的东西,搬是搬不来的。核心还是要自已来找,十年不算长。得到的东西足以支撑新大推机的研发付出的都是值得的。

另外,两次爆机才只是程序问题便引发的,而不是硬件结构问题?

点评

在高温氧化气氛中,会燃烧  发表于 2012-7-31 15:49
碳纤维在高氧化气氛中是极易氧化的,所以才有碳纤金属及表面改性碳纤  发表于 2012-7-31 15:31
碳纤维会不会富氧燃烧?  发表于 2012-7-31 13:46
几次爆炸原因不同:一些是启动时序不清楚,导致涡轮泵振动时效;一些是材料不过关,在高温富氧燃气中发生金属燃烧,导致爆炸。  发表于 2012-7-31 11:48
wangyu394 发表于 2012-7-31 16:19 | 显示全部楼层
naugty 发表于 2012-7-30 09:04
新一代大推力发动机点火成功 中国火箭获得新动力
来源:人民日报
日期:2012/07/30

"发动机推力提高六成,火箭运载能力是常规3倍",这句话是不是有点不对。“火箭运载能力是常规3倍”,大概是指长5,问题是长5的发动机YF77好象还没有解决。
qin3y 发表于 2012-7-31 16:24 | 显示全部楼层
掌握了核心技术,KNOW-HOW之后,重型火箭的发动机也没有什么障碍了吧?就看需求和决心了
没事儿 发表于 2012-7-31 18:53 | 显示全部楼层
绿林好汉  碳纤维会不会富氧燃烧?  发表于 2012-7-31 13:46

我在航空版那边问了这问题。S大大提示我过来这边问:

Falcon 火箭的喷管早期使用碳纤维材料的。后来Merlin-C用上烧蚀散热技术,不知道还是不是? 请问碳纤维材料抗热效果如何?

另外,日本HIIB助推器喷管黑黑亮亮的,感觉也是碳纤维吗?

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点评

那个环境是富燃的,富燃气氛中是广泛使用的(固体发动机喷管)。甚至是RS68的喉部也能用  发表于 2012-7-31 21:22
cmj9808 发表于 2012-7-31 20:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 cmj9808 于 2012-7-31 20:33 编辑
没事儿 发表于 2012-7-31 18:53
绿林好汉  碳纤维会不会富氧燃烧?  发表于 2012-7-31 13:46

我在航空版那边问了这问题。S大大提示我过来 ...


Merlin1A和1B用的是烧蚀喷管,1C改成了再生冷却喷管,而且Merlin 1都是富燃循环

PS:SRB-A喷管用的确实是碳纤维增强复合材料
junzheng 发表于 2012-7-31 20:28 | 显示全部楼层
当初要是搞一台NK33就好了
那技术指标,1.2吨的自重产生150吨推力
流口水啊

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NK33是固定安装的,变成AJ-26加上摆动机构就不止1.2吨了  发表于 2012-8-4 16:53
turbopump 发表于 2012-7-31 21:09 | 显示全部楼层
本帖最后由 turbopump 于 2012-7-31 21:14 编辑
junzheng 发表于 2012-7-31 20:28
当初要是搞一台NK33就好了
那技术指标,1.2吨的自重产生150吨推力
流口水啊


NK15、33系的产品系60年代库局的旧系列,其技术水准总体上不及后来的RD120。相比之下120的预压泵技术可使储箱压力降低,从而使用更薄壁的箱体,另外,室压方面120要高于前者,这就可产生更大的比冲。

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YF-100就是为了提高比冲和推力等性能而采取了高室压(接近世界一流水平),付出的代价就是所有材料、机构的强度都要大大加强,所以重量要大很多。  发表于 2012-8-1 13:27
北极企鹅 发表于 2012-7-31 23:03 | 显示全部楼层
yf-100 室压跟RD120比 如何?

点评

在二楼看到了,是18MPa,想想也应该比原型高,要不然推力没法子提高,呵呵;抱歉,我看帖不仔细,谢谢提醒  发表于 2012-7-31 23:35
顶楼有YF-100的数据,RD-120室压14.8MPa  发表于 2012-7-31 23:25
北极幽蓝 发表于 2012-8-1 09:25 | 显示全部楼层
本帖最后由 北极幽蓝 于 2012-8-1 09:27 编辑

RD-120室压16.3MPa NK-33室压14.5MPa

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搞混了,谢谢指正  发表于 2012-8-1 09:33
没事儿 发表于 2012-8-1 10:56 | 显示全部楼层
cmj9808 发表于 2012-7-31 20:11
Merlin1A和1B用的是烧蚀喷管,1C改成了再生冷却喷管,而且Merlin 1都是富燃循环

PS:SRB-A喷管用的确 ...

"turbopump  那个环境是富燃的,富燃气氛中是广泛使用的(固体发动机喷管)。甚至是RS68的喉部也能用  发表于 2012-7-31 21:22"

"cmj9808 发表于 2012-7-31 20:11
Merlin1A和1B用的是烧蚀喷管,1C改成了再生冷却喷管,而且Merlin 1都是富燃循环. PS:SRB-A喷管用的确 ..."

谢谢两位。那么喷管用碳纤维材料,除了减重之外,还有什么具体好处? 还有喷管一般占整台发动机重量的多少百分比? 谢谢!

点评

另一例,航天飞机固体发动机上喷管占发动机总重(含装药)的1.7%  发表于 2012-8-1 17:00
喷管占发动机总重,一个在液体发动机里极端例子是RL10b-2的三分之一强  发表于 2012-8-1 16:44
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