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航天集团公司研制泵后摆液体发动机最大的问题还是工程技术问题🖏👧,主要是不能解决承受高压高🏒温的的软管和高功率的涡轮泵技术。
对于火箭来说🌨,一个强大的发动机,是其摆脱地心引力冲上太空的核心保障,液体火箭发动机一般由推🍬力室、推🌺进剂供应系统、发动机控制系统组成。
推力室由推进剂喷嘴、🜫🅈燃烧室、喷管⚦📨🝛组件等组成,推进剂通过喷注器注入燃烧室,经雾化,蒸发,混合和燃烧等过程生成燃烧产物,以2500到5000每秒的速度从喷管中冲出而产生推力。
其中燃烧室内压力可达20兆帕,即使是普通的火箭发动机🉆燃烧室的压力也能达到8兆帕左右,赫赫有名的前苏联RD-180发🏼动机,燃烧室压力更是高达25兆帕!
燃烧室压力越高,通常性能也越好,苏联将自己的合金技术利用到了极致,将火箭燃烧室的压力能提升到如此恐怖的程度,这也是到现在为止连美利坚都为什么一直向俄罗斯采购大推🖝📪🝨力火箭🂆🌠🀟发动机的原因。
燃烧室如此巨大的压力🜫🅈就会带来一个极为困难的问题——那就是推进剂怎么进去?
为了在真空中飞行,火箭是自带燃料和氧化剂的,它们都存储在贮箱🆛🐓中,可以说一枚火箭身上90%的🍬重量都是推进剂🜧🄤⛌,如果要让推进剂进入高压的燃烧室,最直接的办法就是让推进剂所受的压力大于燃烧室内的压力。
火箭贮箱是出名的薄皮大馅,能承受的压力是有限的,如果选择提高贮箱结构强度,那新增加的重量又是☮🂳一个无法接受的数字,所以大推力发动机则用泵压式供应系统,这个系统最核心的就是大功率涡轮泵了。
涡轮泵由两部分组成,分为涡轮部份与泵部份,一般采用直联,由涡轮驱🃴动🂹泵对⛀🗓氧化剂和燃料进行增压。
它的工作原理与汽车的涡轮增压器相似,利用燃气驱动涡轮旋转带动🆛🐓泵工作,将火箭贮箱中的低压推进剂进行增压,并实时输送给燃气发生器和推🈩🀿🂡力室进行燃烧。
发动机被称为火箭的心脏,💞而涡轮泵又是火箭发动机的心脏,是⛒🙲🎘核🖏👧心部件中的核心,而且工作方式极为暴烈——
液体火箭发动机工作几分钟,几百吨的燃料就要消耗掉,涡轮泵的功率非常大🕷🎒🐟,假如它是个水泵,它这个输出压力,可以把海面上的水打到5000米高空!
涡轮泵是液体火箭发动机中高速旋转组件,也是发动机重要组合件中唯一一个高速旋转类机械,在火箭发动机发生的故障中,约有一半左右发🝤🍆生在涡轮泵中。
华夏国也是能设计出高性能的涡轮泵出来的,但是在材料技术上不过关,在涡轮泵的轴承、密封件、涡轮叶型、高性能的诱导轮每一个部都是现阶段材料和加工工艺的最高要求,一个部件🎘👘不达标涡轮泵性能就大打折扣。
也只有苏联倾尽部的力量才在合金技术上做到了极致,🝟🌞⛳研制成功了最高效率的涡⛀🗓轮泵,这个也是苏联的看家本领。
华夏国90年代的时候从苏💞联购联航天机构引进过RD-120发动机,这是苏联七十年代动力机🐌⚇🏕械制造科研发的一种火箭为发动机,真空推力达到84.7吨,在当时也是属于世界性的比较高端的成果,这种火箭发动机也是用在了海上发射公司的火箭上面,用在了“天顶号”的第二级。
随后西安机厂做了将近一年的准备工作,开始仿制苏联的这款液氧煤油发动机,不仅从当时的苏联引进机器,还引进🚹更多的技术方面的问题,了解了苏联生产厂家的工艺设备、技术问题等。
国内在这款发动机的基础上也是设计了一款📅😜🂎YF-100的发动机,设计指标达到了120吨的,一直到2000年的时候这方面的技术才算完掌握了这款RD-120的技术。
不过苏联方面在八十年代中期世界上最大推力的RD-170发动机就研制成功了,这款发动机设计的目的是为了为了给发射暴风雪航天飞机配套,为了达到变态的15🍻🍑00吨的推力,苏联🂆🌠🀟设计了一个四喷口四燃烧室的火箭发动机,也是被人称作是“魔鬼设计的火箭发动机”。
随后的RD-180是一款双喷口双燃烧室单涡轮泵的火箭发动机,是缩减规格的RD-170,是在八☮🂳十年年代中期开始研发的,现在这款发动机已经开始进行实用化了,达到380多吨推力的RD-180却只有5吨半的重量,这是火箭发动机的杰出颠覆之作。
RD-180发动机是俄罗斯的强力火箭动力,本来用于苏联的能源号火箭第一级,到了1996年,竟然变成了洛马宇宙神火箭的第一级,现在美方一直在向俄罗斯采购这款发动机,每台发动机达到了1000万美元,比♓航空发动机便宜,生产RD-18🚪🖍0发动机的工厂还扭亏为盈。
现在国内在RD-120的基础上进行改进的YF100技术差不多成熟了,几年💕👮🌒前也是这个🏌😭基础上研发泵后摆发动机技术,发动机的设计对班志农这些总设计师来说问题不大,困难的是涡轮泵的设计以及能够承受高压高温的软管。
苏联人设计的是分级燃烧室,预燃烧室富燃产生的高温高压的气体能达到3000到5000度的,这些燃烧物通过旁边的管道带动涡轮泵,然后产生更高的压力注入主燃烧室进行补燃,🎘👘因为苏联人设计的泵后摆液体火箭发动机要摆动,所以这些管路是软管,这种技术目前就连美国人也是办不到的。