液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)成我國(guó)新一代運(yùn)載火箭的主要?jiǎng)恿ρb置

液體火箭是以液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力裝置的火箭。一般由動(dòng)力裝置、箭體結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)等部件組成。有單級(jí)火箭和多級(jí)火箭兩種。液體火箭主要用作航天運(yùn)載工具和導(dǎo)彈核武器的推進(jìn)部分。美國(guó)“土星” 5號(hào)多級(jí)火箭，長(zhǎng)約111米，直徑10米，總推力達(dá)33350千牛， 運(yùn)載能力達(dá)127噸，作為航天運(yùn)載工具已先后把12名航天員送上月球。液體火箭加上彈頭即構(gòu)成武器，一種是無(wú)控火控火箭武器，另一種為有控火箭武器，即“導(dǎo)彈”。

液體火箭的動(dòng)力裝置系統(tǒng)主要由推進(jìn)劑輸送和增壓系統(tǒng)及液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)兩大部分組成。 推進(jìn)劑輸送和增壓系統(tǒng)是保證液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可靠工作的重要系統(tǒng)。

航天學(xué)誕生和發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)是理論先行。從20世紀(jì)初航天學(xué)理論的出現(xiàn)到人造衛(wèi)星發(fā)射成功，只經(jīng)歷了短短的50年?？梢哉f(shuō)，航天學(xué)理論的率先建立大大加速了航天時(shí)代的來(lái)臨。在航天學(xué)理論和火箭運(yùn)動(dòng)理論建立的過(guò)程中，活躍著一批有卓越成就的航天先驅(qū)者。在理論方面最著名的是俄國(guó)的齊奧爾科夫斯基、美國(guó)的羅伯特·戈達(dá)德和德國(guó)的赫爾曼·奧伯特。利用火箭實(shí)現(xiàn)太空飛行的設(shè)想和理論是俄國(guó)航天先驅(qū)者齊奧爾科夫斯基首先明確闡述的。

1896年，他開(kāi)始從理論上研究星際航行問(wèn)題，進(jìn)一步明確了只有火箭才能達(dá)到這個(gè)目的。1897年，齊奧爾科夫斯基推導(dǎo)出了著名的火箭運(yùn)動(dòng)方程式。齊奧爾科夫斯基首先研究的問(wèn)題是太空飛行用的運(yùn)載工具。他認(rèn)為，在宇宙空間沒(méi)有空氣的情況下，唯一能夠使用的運(yùn)輸工具是火箭。齊奧爾科夫斯基經(jīng)過(guò)幾年潛心研究，于1898年完成了航天學(xué)經(jīng)典論文《利用噴氣工具研究宇宙空間》，但這篇論文直到1903年才在莫斯科的《科學(xué)評(píng)論》上發(fā)表。接著，齊奧爾科夫斯基又在《航空?qǐng)?bào)告》上發(fā)表了多篇關(guān)于火箭理論和太空飛行的論文。這些出色的著作較為系統(tǒng)地建立起了火箭運(yùn)動(dòng)和航天學(xué)的理論基礎(chǔ)。 [2]

9月14日電 (記者 張一辰)記者14日從中國(guó)航天科技集團(tuán)六院西安航天動(dòng)力研究所獲悉，由該所自主研制的某型液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)重復(fù)飛行試驗(yàn)驗(yàn)證，此舉首次實(shí)現(xiàn)了中國(guó)液體火箭動(dòng)力的重復(fù)使用。

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)作為航天運(yùn)載器的主要?jiǎng)恿ρb置，具有性能高、任務(wù)適應(yīng)強(qiáng)、技術(shù)難度大、研制周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，也是航天運(yùn)載器最復(fù)雜的產(chǎn)品之一，因此其可重復(fù)使用成為實(shí)現(xiàn)航天運(yùn)載器重復(fù)使用必須突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。

液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)是中國(guó)新一代運(yùn)載火箭的主要?jiǎng)恿ρb置，具有高性能、大推力、無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)之初，部組件方案及總體布局按多次工作的要求開(kāi)展論證，地面研制試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不下臺(tái)重復(fù)試車8次。

然而，可重復(fù)地面試車并不代表發(fā)動(dòng)機(jī)能適應(yīng)可重復(fù)使用。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可重復(fù)使用還需要突破多次起動(dòng)、低入口壓力起動(dòng)、大范圍推力調(diào)節(jié)、狀態(tài)評(píng)估檢測(cè)及健康管理、快速簡(jiǎn)化處理、高溫組件結(jié)構(gòu)抗疲勞壽命評(píng)估及延壽、全任務(wù)剖面復(fù)雜力熱環(huán)境預(yù)示及控制等關(guān)鍵技術(shù)。

據(jù)介紹，通過(guò)本次試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)全任務(wù)剖面復(fù)雜力熱環(huán)境適應(yīng)性、飛行后回收重復(fù)使用的可行性，探索了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)快速簡(jiǎn)化處理方案、檢測(cè)維護(hù)及健康管理方案，初步建立了液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用設(shè)計(jì)評(píng)估準(zhǔn)則，推動(dòng)了重復(fù)使用航天運(yùn)輸技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用。

液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)是我國(guó)新一代運(yùn)載火箭的主要?jiǎng)恿ρb置，具有高性能、大推力、無(wú)毒無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。該發(fā)動(dòng)機(jī)從設(shè)計(jì)之初，部組件方案及總體布局按多次工作的要求開(kāi)展論證，所有閥門均為可多次工作的氣動(dòng)、電動(dòng)、液動(dòng)等工作形式，地面研制試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不下臺(tái)重復(fù)試車8次。

“十三五”期間，西安航天動(dòng)力研究所預(yù)先開(kāi)展了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用關(guān)鍵技術(shù)研究，取得了大量理論和試驗(yàn)研究成果，為液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用奠定了基礎(chǔ)。

由于天地工作環(huán)境的差異性及各種保障條件的限制，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)飛行重復(fù)點(diǎn)火與地面試驗(yàn)重復(fù)點(diǎn)火不能簡(jiǎn)單劃等號(hào)，飛行力、熱等環(huán)境條件也更加惡劣，因此液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)重復(fù)使用需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)難題更多，主要有以下幾個(gè)方面：

多次點(diǎn)火技術(shù)

目前，我國(guó)補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)已在地面試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了不間斷三次點(diǎn)火起動(dòng)，摸索出了重復(fù)點(diǎn)火工作間的吹除處置和預(yù)冷方法。

大范圍變推力技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的大范圍變推力，需設(shè)置調(diào)節(jié)元件和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)速率有要求。另外，工作條件的大范圍變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)推力室等熱力組件及渦輪泵等主要組件的工作適應(yīng)能力提出了很高要求。我國(guó)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)具備無(wú)級(jí)推力調(diào)節(jié)能力，通過(guò)地面試車進(jìn)行充分驗(yàn)證，其中推力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和大范圍推力調(diào)節(jié)能力在新一代長(zhǎng)征八號(hào)運(yùn)載火箭上實(shí)現(xiàn)了飛行驗(yàn)證。

力、熱防護(hù)技術(shù)

與一次性使用運(yùn)載器相比，重復(fù)使用運(yùn)載器不僅要求發(fā)動(dòng)機(jī)在上升段工作，而且返回段也要再次點(diǎn)火工作用于運(yùn)載器減速或著陸，特別是返回段的氣動(dòng)力載荷條件、噴口反流熱流條件等更加苛刻，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行力、熱防護(hù)技術(shù)研究。某飛行器試驗(yàn)的成功，初步驗(yàn)證了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)重復(fù)使用飛行力、熱載荷條件及免維護(hù)防護(hù)措施的有效性。

重復(fù)使用狀態(tài)評(píng)估技術(shù)

國(guó)內(nèi)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)地面故障診斷系統(tǒng)在液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)研制試驗(yàn)中應(yīng)用較早，技術(shù)成熟。2022年3月在新一代長(zhǎng)征六號(hào)甲運(yùn)載火箭上首次實(shí)現(xiàn)了飛行健康監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。通過(guò)液體動(dòng)力健康診斷相關(guān)技術(shù)研究，液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)在試車或飛行后狀態(tài)評(píng)估技術(shù)方面也開(kāi)展了大量研究工作。