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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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oaki911 发表于 2015-4-16 20:42 | 显示全部楼层
shaolin1254 发表于 2015-4-10 20:08
这里说的重型火箭是CZ9,大型火箭是CZ5?CZ5还要改用500t级液氧煤油级?

长五助推器换500吨级助推器两枚就够目前4枚的,要是长7芯级也换成长五的这个助推器就更牛了
zhh894217 发表于 2015-5-12 21:29 | 显示全部楼层
中国航天科技集团公司六院11所系统仿真平台助推新一代运载火箭发动机研制
版号 : 6
版名 : 聚焦航天
日期 : 20150506
期号 : 2872
标题 : 中国航天科技集团公司六院11所系统仿真平台助推新一代运载火箭发动机研制

        本报讯 近日,中国航天科技集团公司六院11所自主开发的基于高压补燃液氧煤油发动机系统动态特性仿真平台建设取得重大突破,并已成功应用于我国新一代运载火箭发动机的研制中,在液体火箭发动机系统动力学仿真领域达到了国内先进水平。

        作为我国新一代运载火箭的主动力,高压补燃液氧煤油发动机的研制成功使我国成为继前苏联之后的第二个掌握高压补燃液氧煤油发动机核心技术的国家,为我国进一步提升火箭的运载能力,实施探月三期工程、空间实验室任务等航天发展战略提供了坚强的动力支撑。

        与我国现役发动机相比,该类型发动机的系统、结构复杂,工作压力和功率密度要得到大幅提高,发动机的动力学问题则更加突出。

        发动机起动和关机等动态工作过程的组织、局部系统不稳定性的抑制,是该发动机研制的难点与关键技术之一。

        为解决高压补燃液氧煤油发动机起动、关机和大范围变工况等一系列动力学问题,该所采用了系统仿真技术。经过多年的研究,目前该所已经形成了开展发动机系统动力学分析的一套方法,初步探索出一条基于Modelica语言/MWorks基础框架建立发动机系统仿真平台、辅助开展发动机快速方案设计及多方案论证比对工作的先进技术途径,开发出了高压补燃液氧煤油发动机系统动态特性仿真平台。

        该系统仿真平台的显著特点是具备直观、灵活的图形化建模环境。设计人员在使用此仿真软件时,不必再进行复杂的编程,仅需通过组件的拖拽、连线等方式即可完成构建任意复杂的液体火箭发动机系统模型。原本需要3个月的仿真模型开发,新平台只用15天就能完成,提高了建模与仿真效率,加快了设计进程。

        同时,较高的建模与仿真准确性,使采用仿真手段替代部分发动机研制试验项目成为可能,从而极大地缩短了发动机的研发周期,降低了研制成本。

        此外,平台包括了Modelica语言面向对象的模块化建模与仿真技术,以及基于改进谱方法的数值求解技术等。仿真平台开发过程中的关键技术突破及标准的制定对其他行业系统级仿真平台的开发具有很好的借鉴意义和示范作用。

        目前,该系统仿真平台已成功应用于我国新一代运载火箭发动机研制中,对该类型发动机起动和关机等动态工作过程的组织、局部系统不稳定性的抑制等关键技术的解决提供了重要的理论指导,并为发动机首飞方案的制定和评估提供了仿真技术支持。

        同时,基于该仿真平台的扩展应用,还对现役发动机的飞行故障开展了故障模拟,在短时间内完成了故障定位和机理分析。

        此外,通过对后续的液氧煤油重型发动机、液氧煤油变推力发动机等预研型号仿真,获得了其动态过程参数变化规律,为发动机方案设计和参数选择提供了理论依据。

        系统仿真平台是我国液体火箭发动机数字化设计平台建设的重要组成部分,并且已成功应用于我国现役、立项研制和预先研究的多种型号液体火箭发动机工程研制中,在缩短研制周期、提高试验试车针对性、降低研制成本等方面,已经产生了良好的经济效益和社会效益。

        后续,该所将继续深化发动机系统动力学仿真平台的推广应用,并在液体火箭发动机系统静态特性、动态特性、故障、可靠性和稳定性等系统仿真分析领域进行丰富、拓展和完善,以尽快建立液体火箭发动机系统综合仿真平台。同时,将该平台进一步拓展应用于石化行业的特种阀门、大型管网以及热能工程等领域系统动力学过程仿真。(陈宏玉)

(来源:中国航天报)
Oldbush2015 发表于 2015-5-12 21:59 | 显示全部楼层
北极幽蓝 发表于 2012-8-1 17:14
氢氧发动机完全燃烧混合比确实是6.0   8.0是体积比 火箭发动机混合比都是用质量流量比

8.0是理论混和比,即氢氧完全反应的化学当量混合比。6.0、5.5、5.0是发动机工作混合比。
Oldbush2015 发表于 2015-5-12 22:14 | 显示全部楼层
开心果 发表于 2014-2-12 15:53
有一些问题,求科普:
1、自身启动、强迫启动什么意思,各有什么特点?
2、“单摆”“双摆”的意思理解。 ...

自身启动是指没有外能源起旋涡轮泵的启动方式,一般来说是靠推进剂贮箱的压力和推进剂液柱高度产生的压力把推进剂挤压进燃气发生器燃烧后变成燃气去吹动涡轮起旋旋转,再带动泵对推进剂增压,如此正反馈循环,直致发动机启动到设计工作工况。强迫启动是采外能源如火药启动器、高压气体等来起旋涡轮泵。

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cmj9808 + 4 + 2 感谢科普,受益非浅!

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Oldbush2015 发表于 2015-5-12 22:45 | 显示全部楼层

从国家战略来看,已经研制出了一百二十吨的液氧煤油发动机了,后续不应该再研制更大推力的液氧煤油发动机,后续应下大力气发展大推力的固体发动机来作助推器和一级,毕竟战略导弹如31甲、41等不可能打多少发,只有靠大量的运载火箭发射来验证考核固体发动机技术和发动机可靠性,从而带动固体战略导弹的技术进步和可靠性提高,确保国家战略导弹的可靠性,确保战略导弹能够随时可打。六院力推大推力的液氧煤油发动机只是站在它自身的利益角度而没有站在国家利益角度。
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Oldbush2015 发表于 2015-5-12 22:54 | 显示全部楼层
美国、日本、法国和印度,特别是日本,助推器基本都采用固体技术,经过几十年的运载火箭发射使用,他们的固体技术比中国强了不知多少,俄罗斯也一直用液煤助推和一级,固体技术也比日本还差。日本H2火箭的助推器装上弹头和制导系统就是洲际弹道导弹。
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zimu 发表于 2015-5-13 12:45 | 显示全部楼层
Oldbush2015 发表于 2015-5-12 22:45
从国家战略来看,已经研制出了一百二十吨的液氧煤油发动机了,后续不应该再研制更大推力的液氧煤油发动机 ...

大概弹道导弹和民用火箭助推器之间可互鉴的地方没有那么多吧.

就可靠性而言, ICBM这种玩意儿, 每年不打一两发, 心里都没底. 尤其长期存储过的. 商业发射的火箭助推器, 和弹道导弹比起来, 基本都算是新鲜出炉的. 至少没法用助推器的发射数据, 来作为弹道弹的可靠性依据.

民版固推技术的对于弹道弹的意义, 看起来也就在于技术测试验证了.  不过话说回来... 民用固推, 和弹道弹相比, 往往在先进性和技术规模上批产都差一点, 能增量拔高直接转化的点, 想不出太多: 推进剂组分/药柱浇铸缺陷消除/探伤

天朝固推差, 不是因为火箭助推器不用固体. 美国固推强.. 和运载火箭就更没关系了, 反倒更像是托了弹道导弹的福.


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 楼主| naugty 发表于 2015-5-13 15:57 | 显示全部楼层
460吨液氧煤油发动机阀门首轮复核复算工作圆满完成
     来源:西安航天动力研究所 | 发布时间:2015-05-04 【关闭此页】
                        
                           
     为确保460吨重型液氧煤油发动机阀门设计状态正确,阀门研究室开展了首轮复核复算工作。4月29日上午,质标处组织召开复核复算末次工作会,专家组成员、相关单位领导参加了会议。               
     首轮复核复算包括流量调节器、发生器燃料阀、燃气单向阀三种产品。与以往二维设计不同,重型发动机设计采用全三维设计及标注,无纸质文件。针对这一情况,阀门研究室高度重视本次复核复算工作,前期针对复核项目、资料提供及审核方式等,与复核复算专家充分沟通,期间主管设计密切配合。末次会上,专家对三种阀门的设计方案正确性及结构合理性给予充分肯定,并对系统设计要求、设计计算、结构设计及技术条件等提出了修改完善意见和补充工作项目。              
     本次复核复算工作对提高重型发动机产品设计质量有重要意义,后续阀门研究室将对专家提出的意见和建议认真研究落实。会上同时启动了第二轮多种阀门的复核复算工作,确保研制工作顺利进行。

http://www.casc11.com/news/show.asp?id=1090
shaolin1254 发表于 2015-7-6 17:24 | 显示全部楼层

500 t级液氧煤油补燃发动机起动过程仿真研究
http://www.doc88.com/p-5038204184732.html
97627000 发表于 2015-7-8 20:33 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
如果5米直径一级使用煤油发动机,推力多大最合适?
黑与白 发表于 2015-7-8 20:38 | 显示全部楼层
97627000 发表于 2015-7-8 20:33
如果5米直径一级使用煤油发动机,推力多大最合适?

个人认为500-600吨
97627000 发表于 2015-7-8 21:26 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
黑与白 发表于 2015-7-8 20:38
个人认为500-600吨

YF480是否能装进去?
黑与白 发表于 2015-7-8 21:51 | 显示全部楼层
97627000 发表于 2015-7-8 21:26
YF480是否能装进去?

轻松装进去
Nighthawk 发表于 2015-7-8 22:10 | 显示全部楼层
之前还在论证660吨级发动机的时候,就设想5米直径装660吨发动机或330吨X2,3.35米直径装330吨发动机
zhh894217 发表于 2015-8-15 22:29 | 显示全部楼层
发动机三维数字化协同研制 打通设计到工艺和制造的数据流
来源:西安航天动力研究所 | 发布时间:2015-08-04 【关闭此页】


    日前,由我所设计的重型发动机联试装置三维标注模型全部下厂生产,标志着发动机设计从二维图纸的研制模式向三维数字样机研制模式的转变。我所通过发动机三维数字化协同研制,实现了三维数字样机的设计工艺协同,使工艺提前介入设计过程,并面向制造过程进行全三维标注,实现设计零部件模型全三维直接下厂。

    近年来,我所大力推进系统动态仿真技术、设计仿真一体化集成设计和知识工程技术,形成了体系完整、覆盖发动机总体到组合件的创新研发体系和快速设计、多学科优化能力。通过构建数字化发动机协同设计环境,打通设计到工艺和制造的数据流,减少设计反复,提升关键技术攻关能力,加快了发动机研制进度,至此,我所发动机研制工作实现了由“任务型”向“能力型”的转变,信息系统不仅支持优质、快速地完成科研生产任务,同时支持知识经验的不断丰富和传承、基础科研的不断深入与核心研发能力的创新。后续将实现结构设计协同、设计仿真协同、设计制造协同、设计试验协同、管理与工程协同等五方面协同。

    据悉,我所还针对发动机研制模式进行探索和创新,建立了动态研制团队组织模式,依据任务要求适时成立由各类人员组成的IPT工作组,为任务实施、问题决策、制度制定、计划监控、技术攻关提供了组织保障,实现了垂直职能型组织结构向矩阵项目型组织结构的创新转变。同时,提出了成熟度管理的IPT准入准出规则及IPT工作程序模型,提高协同设计的并行度,形成了工艺、工装、制造、材料等人员提前参与发动机设计协同工作的创新转变。突破了数字化产品并行定义技术,通过骨架模型和自上向下的设计方法,实现了发动机主要组件三维模型全三维标注和下厂,设计意图由纸质文档和图纸的传递方式向系统的三维可视化传递方式的创新转变。
http://www.casc11.com/news/show.asp?id=1196
oaki911 发表于 2015-8-16 10:57 | 显示全部楼层
zhh894217 发表于 2015-8-15 22:29
发动机三维数字化协同研制 打通设计到工艺和制造的数据流
来源:西安航天动力研究所 | 发布时间:2015-08- ...

看来马上要制造联试部件了,不知道联合试车还需要多久。
Nighthawk 发表于 2015-8-16 18:28 | 显示全部楼层
zhh894217 发表于 2015-8-15 22:29
发动机三维数字化协同研制 打通设计到工艺和制造的数据流
来源:西安航天动力研究所 | 发布时间:2015-08- ...

全三维下厂是制造类企业的大趋势,六院看来继一院之后也赶上了
titanic 发表于 2015-8-17 10:12 | 显示全部楼层
http://www.shenkong.net/Explore/ ... MEFDJXZ25063808.htm

中国新一代液氧煤油发动机1:中美俄发动机现状
时间:2014-10-25 18:38 作者:李 斌 张小平 马冬英

航天活动需要先进的火箭发动机,载人航天等重大航天活动更需要高可靠性、高安全性、高性能、低使用成本的火箭发动机。上世纪五十年代末,苏联研制了RD-107、RD-108 和RD-0110 液氧煤油发动机,用于东方号、联盟号等运载火箭,开创了人类载人航天的历史,联盟号火箭至今依然是载人航天的主要运载工具。六十年代,美国研制了推力 6900 kN 的 F-1 液氧煤油发动机,实现了载人登月的伟大壮举。同时期,苏联研制了推力 1500 kN 的 NK-33 液氧煤油发动机,用于 N-1 载人登月火箭。八十年代,美国研制了航天飞机及其大型固体发动机和 SSME 氢氧发动机,支撑了美国三十年的载人航天。与此同时,苏联研制了RD-170 液氧煤油补燃循环发动机,用于能源号运载火箭。苏联解体后,能源运载火箭停止使用,但是以RD-170 发动机为代表的航天动力技术使俄罗斯保持着航天大国的地位。

2011 年,因使用、维护费用过高等问题,美国将航天飞机退役,并开始研制新的重型运载火箭SLS。动力方面,SLS 近期采用现有的固体助推级和液氧液氢发动机,并同步启动了大推力液氧煤油发动机研制,将 F-1 液氧煤油发动机改进为推力8000 kN 的 F-1B 发动机,开始研制推力 4450kN 的 AJ-1-E6 液氧煤油补燃循环发动机,计划在2023 年后优化 SLS 运载火箭动力结构。近年来美国 SpaceX 公司的猎鹰 9、轨道科学公司的阿塔瑞斯运载火箭分别发射了龙飞船和天鹅座飞船,用于国际空间站补给。猎鹰 9 火箭采用 Mer-lin 液氧煤油发动机,阿塔瑞斯火箭采用俄罗斯的NK-33 液氧煤油发动机。

纵观国外载人火箭,其主发动机的组成包括三种模式: 全液氧煤油发动机、液氧煤油发动机加氢氧发动机、固体发动机加氢氧发动机。其中,联盟号、猎鹰 9 等运载火箭采用了全液氧煤油发动机模式,效费比最高,符合可靠性高、无毒环保、性能高、成本低、使用维护便捷的发展趋势。

以 YF-20 系列四氧化二氮/偏二甲肼发动机为动力,我国成功实现了国人的飞天梦想。上世纪九十年代以来,我国开始研究新一代液氧煤油发动机,通过方案论证、技术引进、关键技术攻关和工程研制,目前已完全掌握了液氧煤油补燃循环发动机的关键技术。其中,1200 kN 发动机研制中突破了 34 项关键技术,开发了 48 种新材料。目前,1200 kN 和 180 kN 液氧煤油发动机基本研制完成,即将用于新一代运载火箭。

液氧煤油补燃循环发动机的研制,使我国在液体火箭技术领域实现了重大跨越,成为世界上第二个掌握此项技术的国家,实现了我国运载火箭的更新换代,将为我国新一代载人火箭提供强大的动力。

(作者系:西安航天动力研究所)



titanic 发表于 2015-8-17 10:13 | 显示全部楼层
http://www.shenkong.net/Explore/ ... F115DYZ25064611.htm

中国新一代液氧煤油发动机2:YF100与YF115的研制
时间:2014-10-25 18:46 作者:李 斌 张小平 马冬英


上世纪六十年代,我国成功研制YF-20 系列常规推进剂发动机,此后几经改进,该发动机成为我国航天发展的“金牌”产品,以其为动力的长征系列运载火箭创造了我国航天事业的辉煌成就,实现了载人航天的壮举,奠定了我国航天大国的地位。

八十年代后期,为了在航天动力技术领域实现新的突破,我国开始论证新一代运载火箭发动机,开展了液氧烃发动机研究与论证。九十年代,进行了液氧煤油发动机的关键技术攻关。2000年,开始立项研制1200kN 液氧煤油发动机( 代号YF-100) 。目前,该发动机已突破各项关键技术,完成研制工作,即将投入使用。

1200 kN 液氧煤油发动机的研制历程,主要经历了四个阶段:

第一阶段为 1986 年—1990 年的方案探讨阶段。此阶段广泛论证了我国新一代航天动力的发展思路,开展了液氧煤油、液氧甲烷和液氧丙烷发动机概念的研究。

第二阶段为 1990 年—1995 年的技术引进与吸收阶段。此阶段我国引进了国外先进的液氧煤油补燃循环发动机,开展了相关技术的消化吸收,并于 1995 年进行了 2 次国外发动机热试车,验证了国产航天煤油应用于火箭发动机的可行性和掌握的相关技术。

第三阶段为 1996 年—2000 年的关键技术攻关阶段。此阶段我国开展了 1200 kN 液氧煤油发动机关键技术的研究,经过 3 年半的努力,于2000 年完成了燃气发生器 - 涡轮泵联动试验,提前 1 年完成液氧煤油补燃循环发动机关键技术攻关。

第四阶段为 2000 年至今的发动机工程研制阶段。2000 年,1200 kN 液氧煤油补燃循环发动机通过工程立项,开始模样阶段研制。2001 年,发动机方案可行性得到初步验证,完成了模样阶段研制,转入初样研制阶段。2005年初,亚洲最大的液体火箭发动机试车台———液氧煤油发动机专用试车台建成,并通过考台试车。2005 年底,初样阶段研制工作通过确认,转入试样研制阶段。2012 年,完成发动机研制专项验收。2012年至2013 年,参加了新一代运载火箭的动力系统试车。目前,正在开展对运载火箭的适应性研究,并进一步提高发动机的可靠性,计划在 2015 年陆续参与新一代系列运载火箭的飞行试验。

在 1200 kN 发动机研制的同时,我国利用突破的液氧煤油补燃循环发动机技术,及时启动了150kN 液氧煤油发动机 ( 代号 YF-115 ) 研制工作,以便与 1200 kN 发动机形成系列。2002 年,150 kN 发动机开始方案论证和工程设计。2005年,进行了首次燃气发生器 - 涡轮泵联试,取得圆满成功; 2006 年,发动机整机试车获得成功。2007 年,完成发动机模样阶段研制。2008 年,根据火箭总体要求,发动机推力提高至 180 kN,改称 180 kN 发动机。2012 年,180 kN 发动机完成初样阶段研制,进入试样研制阶段。2013 年,参加了新一代运载火箭的动力系统试车。目前,正在进行发动机设计和生产工艺优化、发动机的可靠性增长和对运载火箭的适应性研究,计划与1200 kN 发动机同时投入使用。

此外,根据载人登月前期论证等任务需求,近年来我国开展了 4600 kN 大推力液氧煤油发动机方案论证,目前正在进行关键技术攻关。

(作者系西安航天动力研究所)
titanic 发表于 2015-8-17 10:23 | 显示全部楼层
http://www.shenkong.net/Explore/1410/ZGXYDYYMYFDJ3-YF100-115ZYTX26045110.htm

中国新一代液氧煤油发动机3:YF100/115主要特性
时间:2014-10-26 16:51 作者:李 斌 张小平 马冬英


我国新一代液氧煤油补燃循环发动机主要组件包括: 推力室、燃气发生器、主涡轮泵、燃料预压泵、氧化剂预压泵、液氧主阀、燃料主阀、流量调节器、燃料节流阀、发生器燃料阀、点火导管、换热器、机架等,1200 kN 发动机系统简图见下图



液氧煤油补燃循环发动机工作原理为: 氧化剂经预压泵、主泵增压后进入燃气发生器; 燃料经预压泵、一级泵增压后分为两路,少部分经二级泵进一步增压后进入燃气发生器,绝大部分进入推力室; 全部氧化剂与少部分燃料在燃气发生器中燃烧,产生高压富氧燃气,驱动涡轮泵,之后进入推力室,与大部分燃料再次燃烧( 即补燃) ,产生高温高压的燃气,燃气经喷管喷出产生推力。

我国液氧煤油发动机主要参数见表 1,结构见图 2,主要技术特点如下:





1) 可靠性高,发动机关键部位和薄弱环节采取双重/多重密封、并联电缆、控制气源冗余等设计; 可进行工艺检验试车,试车考核合格后交付使用,提高了全箭的可靠性。

2) 推进剂无毒环保、成本低廉,液氧煤油均为无毒、环保,保护了生产、试验领域相关人员的身体健康; 液氧煤油推进剂来源广泛,液氧由空气液化分离而来,价格不到2000 元/吨,煤油为石化产品,价格约为 1 万元/吨,与常规推进剂、液氢、固体推进剂相比,价格低一个数量级以上;

3) 性能高,采用先进的高压补燃循环技术,发动机的比冲性能比常规的燃气发生器循环发动机提高 10%以上,大幅度提高火箭的运载能力;

4) 具有双向、单向摇摆功能,1200 kN 液氧煤油发动机双向摇摆 ±5°,单向摇摆±8°,并设置了燃气滚控装置,可以为运载火箭提供俯仰、偏航和滚动控制矢量;

5) 推力和混合比可大范围调节,1200 kN 液氧煤油发动机推力调节范围 65 ~ 100%,混合比调节范围 ±10%,可以有效提高运载火箭的性能;

6) 使用维护方便,可提供压力稳定的煤油作为伺服机构动力源,提供热氧气用于氧化剂贮箱增压、加热氦气用于燃料贮箱增压;

7) 发动机按照多次使用设计,实现了单台发动机多次地面试车,具有重复使用的潜力。

(作者系西安航天动力研究所)

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