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火箭发动机里的经济适用男,液氧甲烷发动机

来源:整理 时间:2022-04-02 19:27:21 编辑:华为40 手机版

如果没有俄罗斯提供火箭发动机,美国能自己解决吗?

如果没有俄罗斯提供火箭发动机,美国能自己解决吗

以美国的科技实力,重新研发出一款推力与RD-180相当的液氧煤油火箭发动机,是没有难以解决的技术难题。换言之,即便俄罗斯禁止向美国出口RD-180液氧煤油火箭发动机。美国只不过是多花点时间和金钱,重新研发一款而已。但是呢,价格或许比从俄罗斯进口RD-180更高。也就是说,如果俄罗斯禁止向美国出口RD-180液氧煤油火箭发动机,就纯属是杀敌八百,自损一千的做法。

本来俄罗斯的经济就不行,靠向着美国出口RD-180液氧煤油火箭发动机还多少能够赚一点。如果再禁止出口的话,那么,其经济状况就更不行了。美国的液氧煤油火箭发动机技术早在1969年之前,美国洛克达因公司就制造出世界上单体推力最大的,F-1液氧煤油火箭发动机。虽然,过去了50多年,美国并未沿着液氧煤油火箭发动机这一条崎岖的道路,一直走下去。

在这么多年中,也没有研发过多少液氧煤油火箭发动机。难道就可以说,现如今的美国没有研制液氧煤油火箭发动机的实力了吗?当然不是,就现在重型猎鹰还在使用梅林1D液氧煤油火箭发动机,虽然该火箭发动机的推力还不到100吨,但是其体积比较小。谁都不敢保证,当以其为基础研发新的液氧煤油火箭发动机时,推力不会达到RD-180的水平。

由此可见,美国还是具备独立研发液氧煤油火箭发动机的实力,只不过是多花点钱和时间而已。关键就看美国愿不愿意,为自主研发液氧煤油火箭发动机花费时间和金钱了。不过,根据这么多年,从持续进口RD-180来看,美国是绝对不愿意的。如果被逼到绝境,那花再多的钱也是无所谓的。根本原因:就是花钱,没有直接进口RD-180便宜。

要知道进口RD-180液氧煤油火箭发动机的价格为990万美元。而美国要独立研发一款类似RD-180的液氧煤油火箭发动机,那价格是绝对要高于990万美元的。摊上研发费用,还有生产成本,990万美元是绝对兜不住底的。还有就是或多或少会浪费时间,没有了RD-180液氧煤油火箭发动机,宇宙神5运载火箭就飞不起来。

那么美国的卫星发射,火星探测器发射都会受到影响吗?。宇宙神5运载火箭的近地轨道运载能力为18.5吨,太阳同步轨道运载能力为13.5吨,地球同步转移轨道运载能力为8.7吨,同步轨道运载能力为3.8吨。由宇宙神5运载火箭的运载能力可知,其主要是用来向外太空发射通讯卫星,侦查卫星,商业卫星,火星探测器等等。

事实也是如此:从2002年~2020年这18年里,宇宙神5型运载火箭送入太空的卫星种类还是相当丰富的。基本上,涵盖了所有得卫星。如:6颗军用卫星,8颗侦察卫星,7颗通信卫星,1颗气象卫星,1颗太阳观测卫星,2个空天飞机原型机,1颗导弹预警卫星,以及毅力号火星探测器。根据宇宙神5运载火箭的运载的卫星可知,其在美国的地位还是比较重要的。

俄罗斯禁止出口RD-180液氧煤油火箭发动机,也会在一段时间内,影响宇宙神5号运载火箭的发射。不过,美国也有替代RD-180液氧煤油火箭发动机的方案。那就是蓝色起源的BE-4液氧甲烷火箭发动机;以及洛克达因的AR1液氧煤油火箭发动机。以上两个火箭发动机就是美国研发出RD-180火箭发动机的替代品。只不过,BE-4液氧甲烷火箭发动机至今还没有实现首飞,说的是到今年进行首飞。

而AR1液氧煤油火箭发动机的首飞时间就更不知道到哪年了。综合来看,美国是有替代RD-180型液氧煤油火箭发动机的计划,且也在稳定的进行中。只不过BE-4和AR1的服役服役只是时间问题,那就看在这段时间内,宇宙神5运载火箭是否有发射任务,以及是否有可以替代宇宙神5的运载火箭。在2022年,美国计划发射145枚运载火箭。

而猎鹰系列运载火箭就有50多次的发射计划,那也就剩下90多次的发射计划是由其他火箭分担了。在这145次发射计划中,当然是有各种卫星的发射,那么,就要用到宇宙神5号运载火箭了。据了解,美国一共买了122台RD-180液氧煤油火箭发动机,用了98台,还剩下24台可用。而宇宙神5号运载火箭的芯一级也就使用1台RD-180液氧煤油火箭发动机,那么24台还可以用来生产24枚宇宙神5运载火箭。

关键是一枚宇宙神5运载火箭可不止搭载1枚卫星,多的话可以搭载14枚,少的话可以搭载2枚。按照多次发射卫星来计算,24枚宇宙神5运载火箭可以将336枚卫星送入太空,这足够使用好几年吧。其次,美国可以替代宇宙神5的运载火箭也有,主要就是德尔塔4,猎鹰9号。也就是说,即便没了宇宙神5号运载火箭,美国的卫星发射和探测器发射计划也不会终止的,无非就是多花些钱而已。

可以说,只要美国决定发射卫星,成本稍高是不会成为阻碍的原因。由此可见,即便是俄罗斯禁止出口RD-180,美国的卫星发射计划也不会终止的,前提是要多花点钱而已。当然了,多花钱可不是这一段时间而已,即便制造出来取代RD-180的BE-4和AR1。那价格也会更高,这样就导致,只要使用BE-4或者AR1就必须多付出点经济代价。

由此可见,俄罗斯禁止出口RD-180液氧煤油火箭发动机,是无法打击美国的航天发射计划,毕竟美国是可以拿出替代方案的。综上所述,俄罗斯现在是没有可以卡美国脖子的产品。如果还需要美金的话,俄罗斯就不会禁止出口RD-180液氧煤油火箭发动机的。所以说,俄罗斯是不会选择这种方式来回应美国的制裁,依然会继续向美国出口RD-180液氧煤油火箭发动机。

液氧甲烷火箭发动机发展现状怎么样?中国和美国各有什么进展?

液氧甲烷火箭发动机发展现状怎么样中国和美国各有什么进展

Spacex的猛禽,海平面推力311吨,真空推力334吨,海平面比冲334,真空比冲361,真空版猛禽356吨推力,比冲382,室压300,有史以来的第一台全流量分级燃烧发动机。星舰:leo运力100~150吨最新动态:2016年8月一台研发用猛禽火箭发动机被送往SpaceX在德克萨斯州的McGregor测试场进行研发相关的测试2019年7月、8月进行了20米、150米测试悬停飞行。

美国国家航空航天局(NASA)宣布“星际飞船”符合“商业月球有效载荷服务(CLPS)”计划的资格,该计划旨在在地球与月球之间运送有效载荷,并使人类重返月球。星际飞船研发测试,全年多机位24小时全球直播ing——蓝色起源的BE4,推力240吨,海平面比冲310,真空比冲340,室压135,分级燃烧,节流能力65%,设计寿命100次重复使用。

将用于蓝色起源的新格伦及ula的火神火箭。新格伦:leo运力45吨,gto运力13吨,可回收火箭。计划2021年首飞火神:leo运力27吨,gto运力14.4吨。计划2021年首飞。这两款火箭较为低调,国内很少报道。最新动态:2017年10月,BE-4首次以50%的推力进行了3秒钟的试验射击。2018年3月,BE-4发动机以设计推力的65%进行了114秒的测试。

2018年9月,完成了数百秒的发动机测试,包括一项持续时间超过200秒的测试。2019年2月,BE-4在地面试验台上总共进行了1800秒测试。2019年8月,BE-4完成全功率发动机测试。2020年7月2日,首台BE4交付ULA——蓝箭的天鹊,海平面推力67吨,真空推力76吨,海平面比冲277,真空比冲327,其他资料不详。

4000秒无故障的“天鹊”10吨级液氧甲烷发动机性能很强吗?

如果没有俄罗斯提供火箭发动机,美国能自己解决吗

最近我国民营航天企业——蓝箭航天自主研制的10吨级“天鹊”液氧甲烷发动机完成新一轮点火试验,单次试车时长4000秒,单台试车时长突破万秒大关,全面刷新了我国泵压式液体火箭发动机试车的纪录,发动机设计、生产、装配质量和工作可靠性得到了充分考核。看到这条新闻的时候我想大部分人和笔者一样既觉得高兴又有点说不出的疑虑存在。

首先高兴的是这次4000秒无故障地面试车取得成功,毕竟这是中国民营航天取得了的巨大进步,对于中国民营航天发展而言却是巨大的进步,火箭发动机的长时间地面试车取得成功,不仅寓意着中国民营航天已经成功实现了万里长征路途中最关键的一步,为后续中国民营航天发展取得巨大胜利奠定基础。但是另一方面火箭发动机在正常发射过程中工作时间都不是很长,比如发射近地轨道航天器时芯一级和助推器火箭发动机工作时间一般只有200秒左右,就算是长征五号的芯一级装备的YF77也工作时间不过300秒左右,为什么地面试车时要连续试验几千甚至上万秒呢?其实火箭发动机地面试车时间往往都要比正常发射时长增长几百甚至几万倍,背后的原因就是想要借助更长时间的地面长时间连续点火试验来验证火箭发动机的安全可靠性。

因为火箭发动机虽然从点火到发动机停机只有两三百秒时间长,但是从发动机地面点火开始到随着火箭飞行速度和高度不断提升的过程中,火箭发动机无论是整个发动机本体在起飞爬升过程中,发动机推力变化、比冲变化、发动机本体的温度变化,还是火箭发动机核心的涡轮泵能否持续保证十几万转的高转速、内部压力能否在持续几十兆帕的压力下不会发生故障、火箭发动机喷管能否在持续工作的几百秒内受外界气压、温度变化依然保证高效工作不出现问题,都是需要提前在地面验证成功的,毕竟火箭发射升空后有问题就真的只能看一场烟花了。

所以此次蓝箭航天成功实现地面持续点火4000秒无故障顺利停机,不仅刷新了2020年7月份创下的3000秒持续点火无故障记录,更长的持续点火时间更意味着天鹊这款发动机的整体可靠性已经更高更好,距离搭载天鹊发动机的朱雀二号运载火箭成功推向商业航天市场更近了。从时间来说的话,4000秒换算成小时的话就是1.11小时,这个时间比整个火箭从地面点火到航天器成功进入近地轨道的时间长了一倍以上,可能很多人觉得这个时间长的有点多余了。

其实翻开以往火箭发动机的研发历程会发现,我们大家熟悉的火箭发动机的地面持续点火时间都非常长,比如执行阿波罗载人登月发射任务的土星五号超重型运载火箭13次发射能够取得全部成功,就是因为其芯一级装备的F-1液氧煤油火箭发动机地面试车时间长达25万秒,更长的地面点火时间更安全可靠的验证了F-1火箭发动机的安全可靠性,将各种风险都留在了地面,所以土星五号虽然起飞重量高达3400吨以上,但是整个发射生涯中13次发射却都取得了成功的背后,离不开地面试车时长达25万秒的持续点火试车。

其他像航天飞机使用的SSME发动机地面试车时间也长达11万秒,我国长征七号上面级采用的YF115氢氧火箭发动机地面试车时间也高达10万秒,就算是长征五号助推器和长征七号采用的YF100液氧煤油火箭发动机地面连续试车时间都超过了4万秒。而天鹊火箭发动机地面试车时间超过4000秒以上对于蓝箭航天而言,蓝剑航天作为我国第一家民营航天企业,该公司主营业务就是执行商业航天发射,所以火箭从一开始为了增大市场竞争力和降低发射成本从一开始就采用了回收重复使用技术,那么对于需要承担起飞和降落时推力输出、同时又要满足几十次重复使用需求,所以火箭发动机不光要具备长时间工作状态,而且在更长工作时间里,无论是推力、比冲还是任何一个零部件都要运行更为稳定可靠。

按照蓝箭航天的计划,朱雀二号运载火箭未来商用后具备重复使用30 以上的能力,按照这个发射寿命计算的话,火箭每次发射时天鹊发动机工作280秒左右,30次发射就需要8400秒以上,如果再加上安全余量的话,天鹊这款火箭发动机至少要实现持续地面试车时长超过12000万秒以上,才能真的满足火箭重复使用30次以上的发射诉求。

2000年前没听说液氧甲烷发动机,现在全面开花是技术进步了吗?

液氧甲烷火箭发动机发展现状怎么样中国和美国各有什么进展

过去几年中围绕着国产大火箭的研制,“两种发动机,三种模块”的构型已经得到了航天爱好者的广泛了解,两种发动机中一是50吨级的液氢/液氧发动机,即采用燃气发生器循环的YF-77;二是120吨级的液氧/煤油发动机,即采用高压补燃循环的YF-100.不过,最近另一款发动机进入了公众的视线,这就是采用液氧/甲烷推进剂的新型60吨级发动机,它由中国航天科技集团六院11所研制,近期成功进行了首次试验。

据新闻报道,从2006年以来,北京11所深入开展了60吨级液氧甲烷发动机关键技术研究。经过五年的艰苦攻关,突破了多项关键技术。液氧/甲烷是非常古老的液体火箭发动机推进剂组合,1931年,德国研制了世界上第一台液氧/甲烷(液化天然气,LNG)发动机,开创了液氧/甲烷火箭发动机的研究历史。中国研制甲烷发动机的起点非常之早,早在1986-1987年就开展了液氧/烃发动机的预先研究工作。

先后进行了煤油、甲烷、丙烷的电传热试验和推力室点火热试验,取得了实践经验。结果表明:三种燃料都能可靠点火;燃烧稳定;积碳的顺序为煤油最大,丙烷次之,甲烷最少;传热性能是甲烷最好,丙烷次之,煤油较差;结焦的顺序同积碳。但由于需要集中力量消化引进技术,并且将有限的资源集中于少数几种重点型号上,因此没有看到样机的出现,但相关的技术探索一直在进行之中。

120吨级的YF-100高压补燃煤油机和50吨级的YF-50氢氧机过去几年一直是舆论关注的重点,而近期国产液氧/甲烷试验发动机浮出水面,受到了一定的关注航天六院11所是什么单位?在庞大的中国航天系统中,航天六院和其他研究院一样扮演者自身特殊的角色。现在我们所说的航天六院,是2008年重组后的新六院。新六院整合了我国位于陕西、北京、上海三地的液体动力专业资源——原六院及其成员单位,以及11所、101所、上海801所等,总部设在西安,共由10个研究所、工厂组成,并控股上市公司——陕西航天动力高科技股份有限公司。

新六院是我国唯一集型号和运载火箭主动力系统、轨姿控动力系统、空间飞行器推进系统的研究、设计、生产、试验于一体的航天液体动力专业研究院。在六院中11所于1958年4月创建于北京,现位于古城西安的航天城,是承担我国航天大型运载器用液体火箭发动机研究、设计、生产和试验任务的综合性工程研究设计所。六院有两座大型火箭发动机试车台,一座是位于秦岭南麓一条山沟里的常规液体火箭发动机试车台,一座是位于西安南郊的液氧煤油发动机试车台。

常规液体火箭发动机试车台已经有近40年的“沟龄”,它承担了400多次发动机试车任务,曾经是亚洲最大的液体火箭发动机试车台。液氧/煤油发动机试车台是专门为YF-100试车而言之的,最大可以试验500吨级发动机,是美、俄两国之外最大的液体火箭发动机试车台。除此之外,六院还拥有全国规模最大、系统最全的泵水力试验室,全国最完善的阀门液流试验室,全国唯一的液体火箭发动机基础理论研究室。

液氧/甲烷推进剂的优缺点从物理性能看,甲烷属于低温推进剂,沸点为-161℃,其维护使用条件与液氢基本相同。在烃类燃料中,甲烷粘性最小,是煤油的1/3.液态甲烷经过再生冷却后已接近气态或已经是气态。因此,LO2/CH4有接近LH2/LO2的特性,即在燃烧室里喷嘴雾化的液滴细,蒸发快,燃烧速率高,具有燃烧性能好、燃烧稳定性高的优点。

但由于甲烷沸点比液氢高很多,因此压缩液化相对要容易很多,在贮箱的绝热设计上也更容易,加上比重要比液氢大,因此环节了贮箱结构死重问题。甲烷的另一大优点是比热高,是仅次于液氢的优良冷却剂,相比煤油不容易结焦,利用设计合理的再生冷却结构,可以带走推力室和其他热端部件的热量,并且可以采用对再生冷却有很高要求的分级燃烧循环或者膨胀循环,理论上氢氧低温发动机都具有改造为液氧/甲烷发动机的可能。

膨胀循环主要用于上面级发动机,而上面级重量的减轻有助于降低下面级的性能要求,对多级火箭总体设计的全面优化有好处。即便是采用燃气发生器循环,由于结焦极限温度接近1000℃,因此可以提高燃气发生器的工作温度,甲烷燃气发生器的效率可达98%,而煤油只有62%~81%。根据液氧/甲烷发动机的优点,其应用方向包括两个方面:其一是用于可重复使用运载器,由于甲烷冷却性能良好、结焦温度高、富燃燃烧积碳少、沸点低、重复使用时无需清洗等特点,液氧/甲烷发动机是可重复使用运载器较为理想的选择;其二是用于运载器的上面级和长期在轨飞行器,由于液氧和甲烷沸点分别为90K和112K,接近空间温度,便于空间长期贮存,同时贮箱间无需特殊的绝热结构,因此液氧/甲烷发动机是未来无毒空间飞行器较好的动力选择。

“宇宙神”V运载火箭采用的RD-180高压补燃煤油发动机,采用分级循环的液氧/煤油发动机经过多年的发展已经比较成熟,和液氧/甲烷发动机相比两者各有优缺点。值得注意的是,本次试车的国产甲烷试验发动机采用的很可能是传统的燃气发生器循环,但对于分级循环的甲烷机国内已经开展预研多年了。不过,甲烷的再生冷却优势在分级燃烧液氧/煤油出现后受到了削弱,1986年NASA曾经研究过烃类燃料与推力室壁的相容性问题,结果显示甲烷中含硫量高于5ppm时对铜内壁有明显腐蚀,而在冷却通道上镀金或铂后腐蚀明显减少,但贵金属的采用大大增加了发动机的生产成本。

于此相对应的是,苏联在高压补燃煤油机上循环发过、结构设计、材料选用、燃料精炼四管齐下,使液氧/煤油发动机性能达到了与液氧/甲烷发动机相媲美的程度,这也是在一段时间内甲烷发动机受到冷遇的重要原因。另外,甲烷密度太小,饱和蒸汽压高,致密度比冲太低和泵汽蚀性能不易保证,这一特性与液氢比较类似。烃类燃料大多与液氧配伍,作为发动机推进剂组合。

液氧/甲烷发动机的理论比冲比液氧/液氢发动机低很多,仅仅比液氧/煤油发动机高约100m/s,而密度比冲又比液氧/煤油发动机低很多,这导致燃料箱会有较大的结构死重。同时,甲烷的使用安全性在烃类燃料中偏低,甲烷由于分子量较小,是空气的0.57倍,即比空气轻的多,任何泄出或渗漏,都可以像液氢一样,立即上升并散失在大气中。

当然,甲烷毕竟比液氢要好些,更比同属低分子量烷烃的丙烷好,因为丙烷分子量不仅比甲烷多很多,也比空气大,任何泄出或渗漏,会积聚在地面或角落里,遇明火易爆炸;丙烷的爆炸容积百分数比甲烷低的多,丙烷为2.5%~9.5%,甲烷为5%~15%;自动点火温度丙烷也比甲烷低,丙烷为450℃,甲烷为540℃。使用安全性的次序为:煤油最好,甲烷次之,丙烷最差。

甲烷发动机烧的是天然气吗?学过中学化学的人都知道,天然气中的主要成份一般是甲烷,甲烷可以从储量丰富的天然气中获取,因此成本相对其他推进剂具有优势。但将航天级液态甲烷和液化天然气相提并论却是完全错误的,所有的天然气都是混合物,其中混有大量的杂质,而这些杂质都是必须要去除的。世界各地开采的天然气,其甲烷体积分数和质量分数都不相同,一般混有不等的丙烷等其他烃类,而加注进火箭的必须是高纯度甲烷。

在所有杂质中最需要去除的是硫,而几乎所有的天然气中都含有一定量的硫。而硫具有腐蚀性,研究表明,只要甲烷推进剂中含有1ppm(百万分之一)的硫,就会导致再生冷却结构的铜合金腐蚀,因此必须要将含硫量控制到很低的水平。如果对1ppm没有概念的话,可以比较一下最常见的RP-1煤油,其含硫量只要求不超过50ppm,而苏联为了研制高压补燃煤油机,也只不过就是将含硫量控制到了20ppm以下,而甲烷如果做成火箭推进剂还要再降低两个数量级。

这是被取消的“星座”计划中“牛郎星”登月舱的下降段模组,实际上NASA计划在“牛郎星”的下降级和上升级发动机上都采用液氧/甲烷方案这里顺便要提一下的是液氢的来源。大家都知道,电解水可以获得氢气和氧气,而电解饱和氯化钠水溶液可以获得氢气、氯气和氢氧化钠。用这两种方法都可以获得氢气,经过压缩后就可以获得液氢,这也是制备液氢燃料的传统方式。

但是随着石化和煤化工业的发展,这两种高耗能的方式已经不受欢迎。在裂解石油和生产烯烃过程中可以收得一定的氢(主要用于各种炼化和石化产品的加氢精制),而利用水煤气反应净化除一氧化碳后也可以获得氢,这两种方式可以用更低的成本获得更大量的氢。其实,石油与天然气的炼化一体化和煤化工(包括利用高炉气)也能生产甲烷,这是直接分离精制天然气之外的另一大甲烷来源。

但总而言之,天然气要加工成合格的火箭燃料是很复杂的,至少要经过净化脱硫程序。当然,除了纯甲烷发动机,国外也的确有液化天然气(LNG)发动机的研制,但这种液化天然气绝对不能和市售钢瓶装的那种产品相提并论。虽然新闻报道宣告,甲烷发动机的首次试验全面验证了该发动机的关键技术,标志着我国在发展先进火箭推进技术方面取得了重大突破,但这更多地只能看作一种鼓舞士气的宣传,而非真实的科研进度。

更直接一点,从来就没有一次试车便告成功的发动机,此前的50吨级氢氧机和120吨级煤油机不是,现在的60吨级甲烷机同样也不是。事实上,火箭发动机研制过程中,绝大部分成本都耗费在了试车过程中,在那一缕青烟中无数金钱被消耗掉,用烧钱来形容一点都不为过。从国内外的普遍经验来看,从历史上来看,整个火箭发动机研制成本的大约75%花费在“试验/失败/修改”(TFF)这一过程中,台架试验并不仅仅是烧掉了那么多高能燃料那么简单,需要更具试车中暴露出的各种问题反复优化工作参数和改进发动机设计。

一旦出现预期之外的技术问题就需要修改设计,而每一个经过修改的设计都要重做试验以证明有效,这些都会带来成本。如果技术问题短期内无法被克服,轮番更换不同的解决方案不仅会使试车迁延日久,砸进去的金钱会像流水一样,而这些研制过程中发生的成本,最终会摊到采购成本和发射费用上去。一些成本高昂的经典发动机,例如“土星”V的F-1、航天飞机的SSME等,都是因为在试车时暴露出各种预想之外的严重问题,然后对发动机进行了许多大改动所致。

对于任何火箭发动机的研制过程而言台架试车都是最为重要的,上图为正在进行试车的洛克达因CECE试验发动机,但这次试车采用的并不是液氧/甲烷推进剂,而仍旧是液氧/液氢推进剂。喷管上可以见到相互紧靠着的大量管束是管道壁再生冷却结构,其中流动的是超临界的液氢,对于甲烷机来说再生冷却可以采用液态甲烷。另外,很多初中级航天爱好者并不了解液体火箭发动机技术,点火技术是一个非常重要的技术环节,非自燃推进剂都需要设置专门的点火装置。

更重要的是,甲烷在点火特性上有很多特殊点,简单地说就是甲烷机不容易点着,需要在设计上采取一些特殊的手段。在欧美研制甲烷发动机的过程中,点火特性是第一个需要跨越的技术门槛。对于燃气发生器循环而言,燃气发生器和推力室都需要点火装置,它们的要求也是不完全相同的。从甲烷发动机的点火技术来看,我国也的确进行了比较深入的研究,探索了化学点火剂点火、电火花点火、火药点火等不同方案。

从这个意义上说,60级甲烷发动机首次试车便告成功,当然是非常可喜可贺的事情,这表明其点火装置设计基本上是成功的,但离新闻中所说的“全面验证关键技术”相差得还非常远,并不是好像新型号已经唾手可得了。而且即使是点火装置,在后续的试车中也可能更换其他方案,以进一步比较不同方案之间的优劣,因此点火这一页也不能就说已经彻底翻过去了。

上图为ATK和XCOR两家公司联合研制的甲烷发动机。甲烷发动机点火比较困难,因此点火装置设计是一大难点,国产甲烷试验发动机首次试车成功表明已经成功跨过了甲烷机的点火关,但离完成全系统的验证还有很漫长的道路要走,就连点火装置本身也需要验证和修改几个来回。60吨级甲烷机有多先进?甲烷发动机近年来得到了许多国家的重视,美国、俄国、欧空局、日本等都有相关的研究报道,但是绝大多数推力都在200kN以下。

出现这种情况的原因是,美国、欧空局、日本都拥有氢氧下面级发动机,目前还在继续对氢氧机进行完善。而国内本次试验是国际上首次60吨级液氧/甲烷发动机试验,其工作参数在目前世界同类发动机试验中是最高的,表明我国液氧甲烷发动机研究居于国际领先水平,也成功探索了基于现有氢氧发动机平台研制低温液氧甲烷发动机的新途径。

从吨位上来看,60吨级甲烷机可能是在YF-77基础上改造而来的,利用甲烷的性能略微提升了推力,但估计比冲会有较大幅度的下降。从公开文献来看,日本当年在LE-7氢氧机上是做过改用甲烷的试验的,其推力应该大于目前中国正在试车的60吨级发动机,但是LE-7后来并未把这条路继续走下去。俄罗斯目前正在研制有2400kN的甲烷机,其推力在200吨以上,并且正在和法国斯奈克玛公司展开合作研制“伏尔加”(Volga)发动机,计划用于欧空局未来运载火箭准备项目(FLPP),该项目还计划在上面级上采用甲烷发动机。

文章TAG:发动机液氧甲烷火箭经济

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