火箭发动机里的经济适用男,液氧甲烷发动机( 七 )


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 。
【火箭发动机里的经济适用男,液氧甲烷发动机】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 。

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