试车380秒 航天民企星河动力突破火箭“心脏起搏器”技巧

  试车380秒,航天民企星河动力突破火箭“心脏起搏器”技巧

  民营火箭企业星河动力(北京)空间科技有限公司(下称“星河动力”)“智神星”重复利用中型液体运载火箭研制又有新突破。7月5日至7月6日,该型火箭40吨级重复利用液氧/煤油发动机燃气发生器两天内完结7次点火试车,累计试车空儿380秒,单次最长工作空儿100秒。

试车380秒 航天民企星河动力突破火箭“心脏起搏器”技能

星河动力燃气发生器点火试车

  实验数据初步分析表达,燃气发生器启动和关机正常,实验数据与预调值吻合,出口火焰稳固;实验最大特性速度效劳亲近100%,出口燃气温度匀称性小于等于±28℃,无启动温度峰等。星河动力方面表明,各项指标均已达到国际先过水平。

  星河动力结合创始人夏东坤对汹涌音信()记者表明,该燃气发生器做到三个技巧创新,其中,相比业内普遍利用的圆桶状燃气发生器,球锥型燃气发生器属国内首创。此次完结燃气发生器点火试车后,星河动力将在年底前进行涡轮泵试车、涡轮泵和燃气发生器联试以及推力室试车,春节前可进行液体发动机全体系试车。

  星河动力(北京)空间科技有限公司成立于2018年2月,是从事低成本商业航天发射业务的民营航天公司。其核心产品及服务分两条路径,一是“谷神星”系列小型固体运载火箭发射服务,二是“智神星”系列中型液体运载火箭发射服务等。

  这家火箭民企的目的是造出中国的“猎鹰9号”,其自主研制的液氧/煤油发动机正是对标“猎鹰9号”的梅林发动机。星河动力小型固体火箭“谷神星一号”面向低轨商业小卫星市场,预测2020年3月首飞,中型液体运载火箭“智神星一号”预测2022年12月首飞。

  要是涡轮泵是心脏,燃气发生器就是心脏起搏器

  7月6日上午,在实验现场,监控室内的工作人员校订工况参数。监控画面上,地面陆续喷水降温。随着一声鸣响,液体发动机燃气发生器再次点火,火焰“啪”一声从喷管中喷出,随即喷出的高温燃气洋溢在试车台所在的山沟中,而原本银色的排气管曾经“烧”红。工作人员说,这台燃气发生器曾经验第6次点火,实验过燃料和氧化剂不同混合比以及多种压力、气温下的工况。

  燃气发生器是火箭发动机中产生燃气的组件,经过产生高温高压的燃气驱动涡轮泵工作。要理解燃气发生器,还要从涡轮泵讲起。

  火箭发动机中的涡轮泵是对氧化剂和燃料进行增压的一种联动装配,来自贮箱的氧化剂和燃料经涡轮泵增压后可供给到推力室进行燃烧。推力室是火箭发动机中完结推动剂能量转移和产生推力的组件,火箭的氧化剂和燃料在推力室中燃烧产生推力。

  那么,怎样样使涡轮泵一向源源不断地吸氧化剂和燃料进入推力室燃烧?这就须要依赖燃气发生器的驱动。星河动力结合创始人夏东坤引见,由涡轮泵吸入的氧化剂和燃料除大部分进入推力室燃烧,还有一小部分进入燃气发生器。燃气发生器燃烧后形成的高温高压燃气推进涡轮泵再吸推动剂,一小部分推动剂进入燃气发生器,大部分进入推力室,由此形成循环。形象地讲,要是涡轮泵是心脏,那么燃气发生器就是心脏起搏器。

  要让整体火箭体系顺当工作,燃气发生器的职责就是要做到稳固可靠、温度匀称,为下游的涡轮叶片供应“舒坦”环境。其温度范围不能超过涡轮叶片能经受的温度,也就是800摄氏度。

  要是燃气发生器燃烧不稳固、燃气温度不匀称,涡轮叶片将工作在流速忽快忽慢、温度忽高忽低的环境里,寿命大打折扣,无法实现多次利用目的,甚至烧掉涡轮泵。

  满意燃气温度匀称性,国内首创球锥型燃气发生器

  “燃气发生器要能变工况工作,压力、温度、混合比都要满意发动机央求。”星河动力液体发动机技巧负责人表明,此次实验的推动剂流量范围3.2kg/s-7.8kg/s,混合比范围0.3-0.5,室压范围4兆帕-8兆帕,覆盖了发动机4:1深度变推力的全体工况范围。

  “分外是要满意燃气温度匀称性的央求。”该负责人向汹涌音信()记者引见,为满意燃气发生器匀称燃烧的央求,,团队对该组件同时完结3个改进。他们首先优化了低温液氧和常温煤油撞击雾化参数,经过上百组互击式喷嘴和边区膜冷设计,形成高效的雾化混合结果。

  氧化剂和燃料也被总称为推动剂,他们老是按一定的流量和混合比进入燃烧室雾化、混合和燃烧。雾化使液体分布成伟大液滴,经过雾化的氧化剂和燃料待在一齐时更匀称,燃烧也更缓和。采取三股互击的措施喷注氧化剂和燃料,比原先的二股互击式先进了混合的效劳。

本报谈论:

  节制燃气温度匀称在燃气发生器中不是一件易事,由于这里面的温差实在不小。以星河动力液氧/煤油发动机的燃气发生器为例,液氧的温度是零下183摄氏度,煤油的温度是25摄氏度,燃烧后有些区域是800摄氏度,中心区域是1200摄氏度,局部火焰区域可达3500摄氏度。

  为节制温度匀称,团队在燃气发生器身部表面覆盖一层膜燃料,待氧化剂和燃料燃烧充足后来将膜燃料混入燃烧区进行冷却,最后保证燃气发生器出口处温度为800摄氏度。如此一来,燃气进入涡轮泵也就不会损伤涡轮叶片。

  膜燃料与燃烧区的高温燃气需强迫掺混才能实现匀称。为此团队设计了特别结构的扰流环,使燃气发生器内部形成多个回流区,晋升混合与燃烧效劳。

  这么的设计在外形上就表示为球锥型多回流涡异形发生器。夏东坤对汹涌音信()记者表明,相比自上世纪90年月以来沿用至今的圆桶状燃气发生器,星河动力团队设计的球锥型燃气发生器属国内首创。

  上述液体发动机技巧负责人表明,球锥型多回流涡异形发生器从球段到锥段以及燃气发生器的出口处共有多个回流涡,以此增强出口燃气温度匀称性。

汹涌音信记者 张静

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