载人航 天21 年 1 第0 1期
基
础研 究
载
登人月动力 主李
斌
大推力 液氧油发动煤研 机究
栾 亭 希张 平 小
西(航 天 安动力 究研 所)
摘要
推大 液 力 氧煤油 动发机 是 航天运 载 主 力动的 展发方 ,向 是载人登 月等 大航重
天活 的动 力动 基 。础 出提了 我国 载人 登 月 主 力一动6 0 吨 级双推 力 室氧 液 煤油 发动 机的 发 o
展
想设 并提,出 了该 发 动机 补 燃 循环 、泵 后摇 摆 总等 方 体案, 择 了发选 动 主机要 参数,进 行 了总体布局
设 计, 梳理 关键了 术技,探 讨 其 用了 。这途 将大 提幅 我 升进国入 空 间的 能 力, 满以足我国 栽登人月 和 深探空 等测重大航 天活动 的动力 需求。
键词 关栽 登 月人液体 火箭发 动 机 液 煤氧油 补 燃 环 循后 摇摆 泵
分 类
V 号 3献文 标码 识44
A文 章编号 1 7 — 85(0 1 0 2— 66 452 2 1 ) O —08 0 1
1前
航言天 动活需要 大推 力的 火 箭发 动机提 供 力动 载,航人 天、 载登人 月等 大航重天活 更动需要 大推 、力 高 靠可性 高安全、 性的 火 发 箭机支动 , 可撑 谓发动机
的推 有力多大 , 类的足迹 有 多远 就 。 人 大 推力液氧煤 油发 机动 是 载火 箭运下 面 主动 级 力 的全 球 选之择一 ,十年 的 航 发天 中 展, 、 等 几 美 航俄 天国 家 研 制了种 多具 重大 有史 意义 历的 大 推液力
力动择 选 。带术动 性 是重 项 目需 大要考虑 的 指标 , 技
液火箭体发机动涉气动及 传、、 热流力体学 、燃烧、 工
艺 、材料 多项重等 大 新高技 ,术以 动带相 关技术 领 可域 的 重大突 破 合 建设,创新 型 国家的 国策 。目 前,符
我国 巳成 功 突 破液 氧 油煤 动 机发 的一 系列 重大 技 , 成术 了 一大 基批础 设 施 一 步, 展发大 推力 液 建
进氧
煤 油 动发机 有 于技利 术的 承 继 实, 循现序渐 进、 持 续展发。 因此 , 推大力 液氧 煤油 动机发 符 我 合 国 国情 ,是我 未国来 人航 天 、 载载人登月 合 的动 力理 选
之择 。一
煤油氧发 机动, 奠 了定航 其天强国 的 地位 。 世上纪八 十 年代 期末 以 来我, 研国制 1了吨0 2 液氧级煤油 发动 机 掌握 了口补燃 循等 多环 项进先 技 ,1术, 用 采该发 动 机的新一 代 运火载 箭在正 研制, 即 将 形 成 以液氧煤 油 动发机为 主航 的天动力体 系。 而 , 然 随着 我 国 合 综力 的国快速增 和航强天事 业
的快 速发
展 ,2 01级吨 动 机发的 推力在量 方级面不 能 全 满足完
本文 究研了 国 外内航 动 力天技 术发的展 现状和 展 趋发 ,势 出我 国提载 人 月主登 动—力 大—推 液
力氧煤 油 发动机 的 发展设想 : 5年左0右 , 成 推完力 2
1室、 气 燃发生器 、主 自要动 器等组 件验证 平 台的 考核
试验 , 衍 生 3出吨级液0 氧 油煤 动发机 于, 大超 并 用
0型载运 箭火 ,足 次对多 接、限 模 规载人登月 的 需 满
有
未来 建设 航 天 强国需的求。 此 为 国应, 制研 一代下
我推力火 大箭 动机 。 发 在 推大 发力 动方机案 证 中论 , 要 需点 重考虑 发
求 ;00 年左 右,研 制 出 60吨双 推级 室液力 氧 煤2 0
油2发 动 机 , 于 地近 轨球道 ( E 运 载能力 百 吨级 用 L O 以上)的 型重运载 火箭 ,满 足我国本 世 纪 中前 期人
动 载 的机使 用本成 技、 带术 动和性技 继术 承性。 本是 成 未航来天 发 特展别 是 商业 发 射市 竞场 争的 心核 液, 氧 油 煤推进 剂 成 本低 廉 毒环、保 , 无 发动 机 性 能 高 、 使 维 护方用便 ,控在 制航天发 射本 方 面成 最是佳 的来稿
日期:0 00— 3 修 日回期 0:1 1— 8 2 1— 8 2;2 1- 2 1。
登 月等
各项 重大 航活动 的天求需 。
2 国 内
外 大 推力火 发箭 动机 发 展现 状 与 趋 势
十年 几航天的 展发 中各 航天,大 国研制了多 种
者作衙介 1 :9 )9 硕士, 员 要,从液事体 李斌( 火. 6, 一 09男, 究研 主箭 动机研究发作。
工 2 8
础研基究
载航天 人21 年 第 1 1 期
大0力 推箭 火发 机 动 上世 。纪五十年代 , 联率先研 制 苏 成 功 R 0/0 液 氧一 煤 油 发机动 。以其 为 动 力 的D 711
“8 盟联 ”载 运火 箭 首位,航天 员 送人太空 , 创 号 了 将
开
开展 了 国自己的研究 作工,航 飞机 改天 方进案提 出
R一 6一0A S7 J、80等液 氧油煤发机取代动 体助固器推
的方 案; 第二代 重 复 使用 运 载 计 器划S I中 提出 LR 一等4 液煤油 发氧动机 ( 图2 。 述 发动机 推力 8 见 )S
上为 3 k0 0一 0N,均 采 液 用氧煤油 推剂进 和补燃 00 50Nk循 环技 术。 02 来以,p cX公司 用 “ 采隼 ”背0 5 年S ae 灰
载航 人 的天历史。目 前 , 用 氧液 油发 煤动 机“ 联采 ” 盟
号载运 箭 是火国 载人 际天 的主航力 。
六十 年代 ,国 制 研了
60级吨 的 F1液 氧 煤美 一 8油发动 机 , 于 “ 星 V” 载火 ,9箭年 9月72 用土 运 61 0日, 功成 现实载人 登月 伟 的 大 壮 阁举 同时期 。, 联
研制 苏了推 力 0吨1级的 N 一3 氧液 油煤 动发机。 K5 由 于3 发该动 机 推低 力, 月的“ 一 箭 ” 一 级需要 采 登 N1 火 用 3台0。发 动 机 数台 多太、 动力 统系 过复于 杂加上
液氧 煤油
动发机 研发 了 “ 鹰/” 载箭火, 猎 1 运9 得获重 大成功 , 提出 5 0级吨 氧煤液 发 动油机 计 划。 00 并 0 2 1 年 月2, 巴马 推迟 登 计 划 ,月出投 入 3亿 美 元, 奥提 1 开展
重 运载型 与大推力 液煤 氧油 动发 计机 划 其 中
, 12 年 度经 费6亿 5美元同 01 .
。 洲欧 天局航为 了降 “ 阿低 里 ” 运 安火箭 载的发 5
质
量控 制 原 等因, 火致箭 可 性靠 降 低, 成 “ 一 ”导 造 1N
火箭 4次 飞 行试验 全部失 败,整 个登 月 计 划失 败以 告
[ 终 。
成 本射,启 动 了 “ 航 来天运 载 器 预发 展 划 计 未(LP ”[ 提出40 吨级“ F PN)18 , 0 尔 伏加” 2 0吨 “级 和 0 乌
、 七年 代 , 十 吸联取N 1 训教 , 制 功 成 苏 八 一的 研推 力7 0 吨 级 R 一的 74 D 1液 氧0煤 油 动发机 , 到 了达
拉
” 尔液烃氧发机动划计 ,以 替代固体 推器助, 并用
可于重复使 用 运载器 。 降了 低本 成 ,年代十日本 为 九 出采提 液用氧 烃 动发机代替 一 列H火 的固体箭助 2 系 器推 同。 , 出时引 N进3 K提3一 R和 一8 氧 煤油 发 D 10液动机 研
制型运 载新火 箭方案的 。印度在 航天动力 技 术领 较 域落为后 了建,立 航天 大 , 国为印度 提 出庞 大 发 的 规展划 , 00启年动 了 0吨2 液 氧级 油 发煤动 2 10 研制 ,机 用划 载于人 登月 运 载火箭 _。n 2 0计l ]0 2 年以 T0
液 火箭 发体动机 术 的顶技峰 。苏联 解体 后 , 罗 斯又
俄研 制成 功 了 03吨级的 R 一 88 D1 0 和 0吨级2的 R 0一
D11 氧 油 煤发机动,技 术水 平遥 领 遥其它先 国 家,9液
开并 出始口 动发 机 品 、产输 出 发 动机技 术,帮 助 美 国 、 洲、 欧 印度 、本 、日国研 制 液煤氧 油发动 机 其 及韩 运
载火 箭。
六 十、代年的军 备竞赛 中, 国设 了建规 庞 七 美 模大 的体固火箭发动 机生 产 体系 。 七十年 末 ,代 战着 随
来 韩 ,购 国买 了
俄 罗 采用斯 一 5R 液氧煤 油发 动 D 11 机 (D11 型) 成 的一 级箭 , 于 火“R 一9改 用 罗老 ” 组运 载火号 箭 2。 00 9年 和 281 月 0年 06月 , 进 行两了 飞次
行 验试。 俄罗斯和 美 国主要氧煤油液发机 动的特f 生表 见 1 。 综 上述所, 来航未 运载 动天 力技术 发展 的 趋
势可 以括概 下 : 如
略
器武削的 ,减国固体美发机厂动商庞大的产生
能严力重 过剩。 为保 证就业和 维 持 生产体系 , 国 航 美天
飞 等运 载机器开始采 用固体 发动 机 。 受 其影 响 洲, 欧 和 日本 的运 载火 箭 随也采 用 固体 之发 动机 。这一 选
使 美择国 、欧洲 和日 在本液 煤氧油 发 机动技术 域领
发 展 不 。足
( 动力 )统 系大的 力推化 通 过, 采 用推大 力发 1 动 机 , 发少 机 动数台 减 简,化动 力系 统 , 运 载高火 提 箭 的 可靠 。 性 ( ) 系力 的统 低 本 成化,航 天 竞争力 的 心核 2 动 是成 本, 氧 油发 动机 以煤其使用 成本 低 、 能 高 液 已性成为 一种需 要的航天 动力 。( ) 推 进剂的 无毒 环 保 , 世 纪是化 环 保 代 时, 3 新 性 能高的 液 烃氧和液 氧 液氢推 进 剂以其 无 毒环 保 的 优特 良 点已成 为航天 力动的发 趋展势 。
( 用化 )、 4 系列 化 、 通块化 ,模通过 “ 机 多用 ” 一、技 术 展 拓,强 发 机动的适 性应。 增
九十年代 来 , 以于 固体 助由 器推成 本高 昂、污染 严 重 ,美 国 西等 方 国家开始 积极 引 进 俄罗斯 液氧 煤 发 动油 , 于机 代 替固体助推器 九。 十年代 初 ,国 用
普美 惠公司 引 进 ~R2 D0液1 氧煤 油 动机发并进 行 热了 车 ; 试空 气公喷 司购 买 了N 一3和 N一 3液 氧 煤 K3 K4
航
油发机动 原计划用, K于 l —重复使可运载器用, 目前
用 于 “ 座 "牛2 运火箭载 19 金 - 。9 6 ,年 克 洛西德・ 马
公丁司用 10亿 美元 购买 1 了台1 一 R8 D0 10液 煤
油 氧 发动 [机 用于“ 宙 神” 列运 载 箭 。火 由于 液 53, 宇5 系氧煤 油发 动使机 用 本低成, 宇宙神 ” 运 载火 箭的 发 “
5射成本
降约 低 1。进液氧煤油发引动技术后机, / 4
美
其 , 大中推液力煤油氧动发机 的要 主展发 方为 :向
2 9
载航人天2 1 第 1年 0 期
1 表 1俄罗 斯 和 美 国 主 液要 氧煤 发油 动机 特 性 代
号 R 一 O D1 7N K3 -
R 37 一 D01
基础
研究
国别
苏联 苏 联
苏联
混
比合 72 4 .2 5.
25 .6
推力 ,k N 8 1 21 512
7 295
比冲
, m/ 22 s 052 1 94 33
00
循环方式 发 生器循 环 燃循补
环补 燃 环 循
途 用 盟联 号N 一1
天 顶, 源 能
研
时制间 1 -5 9 7 9415 1 5 9 -59 91
17 -6 95 9 6 81
R
DlO 8 —R 一9 D 1 H1一 1 F 1一 R -7 S2 R - S 4 8 -R6S 7
俄罗
斯罗俄 斯美国 美 国 美 国美 国 美 国
22. 27 . 6 2 .32 2 2 7. 2 25.2 . 27 7 .
32 8 66 1 9 92 1 60 7 0 97 12 4 6 56 40 3
305 01 33 602 8 5 3 9 2 57 8 25 25 2 29 31 9
0
燃循补 环 燃补环 循发 生循环器 发 生器环循 发生 器循 补环循环 燃补燃循 环
宇神宙5 安加拉 土 I星1 / 土B星5 德尔 它
9 —10 2 9 2o 619 - 0 908 2 115 - 9 1 9 8 1 6 5 1 -9 69 9l6 71 9 — 9 1 137 2 o一o 1 20一 1
0
(推力 2) 0吨级以上 。 10 )(采用 高能 性补的燃 环 循系 统。 2 ()采 用先 进 的泵 后摆摇 技术。 3
一
般包括 燃补循环 ( 称又分级 燃 循烧环 和) 气 发生燃
器 循 环。 气发生 器 循 为环式循开 的一种环, 经 气燃
燃涡 作轮 功直后接 排放至 动 发机 外者或引至 力 推 室喷
()具 备范 大围力 推和合混比调节 能力。 4
管扩张段 , 由 于部 分这燃气 未能充 燃分 , 烧进推剂 的
学化 没能 有充分释放 ,动 性机能较 低。 发 补燃 环循 为式闭 循环的一 ,经种 轮作 涡后 功的 燃 进气入燃烧 室 , 进 行次燃二 烧 补燃(” ,即“ ) 推进 剂
3
大 力 液推 氧 油 煤 发动 总体机 方 案
二十世八十年代后期纪,我 国开始证论新代 一火
箭 发动 机 十。年 , 代 进九 了行液氧 油煤发动机 关 键 术攻技 。关00年以 来, 2 0开 始研制 10吨级 液氧煤油 2发 动机 。 目前 , 发 机各 动项关 键 技术 均 掌已 ,握该 即
化 能学 释更放 为分 充, 动 发机能得性 较 到大 高 。提 综合 析分 我 国大,力 液 推煤氧油发 动机 用采先 进 的 补燃循环 。
32 总装 方 案 . 对 大于 力 推箭 火发动
机 总体 ,案 方焦点 的在 于
将制研成 功以, 发该机动为主动力新一代系列的 运 火 箭研载制正 在 入深 进 行, 基量 础设 施正建在设 , 大
以 液 煤 氧发油动 机 为主的动力 体 系 正在 成 。在形 基础此 上,进 一步研 制 推大液 氧力 煤 发动 油机 符合 我 国情 国 ,是我国航 天动 力体 系 的延 续和 发 ,展 合 可 持续符发展 的 基 本策 国。 根 据 载 登人月重 运载 火箭 总型 体的要求, 大推
力 氧液 煤油发 动机 的推力 量 级 为 6 0应吨级 。为 了 0
推力 传 递推和 矢力量控 制 液 体火 箭。 动 发机 推矢 力 控量制方 式括包 发:动机的 泵 摇摆前 和后泵 摇 摆 。泵 前摇 摆 的 摇摆软管 低 在 的推 压剂进入 1管路 5。上 提供 在力推 量矢时 , 摆 整摇 个动 机发 这。种 方案 的 点优是摇摆 软 压管力 低 ,研于制 ; 是 足动 机发 便
不质 偏心 推离 轴 线 ,力 在“ 心 ” 存 偏 问题 动机 摇;摆尺 发
提高发动
技机术使用的频率 降低研、制术风险技 本, 文
提出大 推 力 液煤氧油 发动 发机展 路 思:动发 为
机 60吨级 推力双 状态室 , 0先 分别开 展 以推力室 和 涡轮 泵 为主 两的 个 技验 证平 术的台研 究与 验试, 然后进
寸 摇和摆 矩力较 大 发;动机重量 大较。 于力推百 吨 对级 及 其 下 的以发 机 ,动 此方 用案 比较适 宜 , 采国 外 的 R2 3N 3 、 D—一2 MK等 发 动 机 采 均用此 D一 5 、K3 一1R10 /
案。 方后摇泵 摆的摆摇软 管 设 在置涡 轮 泵出 的口压高
发动行机统系集成 ,完成60 0 吨发动级研机 。制其
中 ,力 室推为 主的研制 台平 以可生 出 30吨级 衍发 0动 机, 用优于化 和 展 拓一新 代运载 箭火 的动 力 构 结和运载 能力
3。1 力动环循 式方 .
管路 ,上在 提推供力量时 , 矢需要摇摆只力室推其及
件附 大。 推 力的补循燃环发 动机 ,对 后摆泵方案 可以 有 减小效 动 发 机寸 、尺重 和量 摆力摇 矩 ,于 解 偏决 便
心
问题等。但泵后摇摆需 要设高置、 高温燃气压摇 摆软管
和 高液压 体推 进摇剂摆 软管。 综考 合 , 虑摇后 泵
大推力液 火体 箭 动发机 可 选择的 动力 循方 式
3环 0
基
础研究
载人航 天21 年第 1 01期
摆势优明显 , 代表了大推 力 体液 箭火发 动机 术技 的 发 展趋势 。因 此 国, 外进先的 发机动 如 R- /8/ D710 01 1
1 和 一 R8均 用采此方 案。 9 6S等 合 综分析 我 国,
大推 液 氧力 油发 动煤 机应采 用
题
控,制摇摆 力矩 , 轻发 机 动量 重 。 减 ( ) 泵抗高气蚀 能力 , 3 降低 提发动机 1 人5压 。力 ( ) 挥 数字 设化计 的 势 优提 ,高发动 机技 术 发4
水平和 研制效 率 。
泵 后
摆摇方案 ,重中研 点燃 气究摇摆 软管 。其 3
主3要 组件 案方 -
大4推液氧煤力油发动主机特性参要数
大 力推 氧煤 油发液 动 机要主 能性 参数见表 2 。 种大 两推力 氧煤液油发 机 动结构见 图 总装1摇 摆包
,络 寸 尺见 3 表 表
2大推 力 氧 液 油煤发 动 机主 要参 数
参数 称名 平海面力推
真 空推 力 平海 比面冲
液 体火
发 箭动 机的主要组 件 括 推包力室 燃、气 发生、器 轮涡 泵 自和动器等 , 涉及 主 要组 的方件 案包 括 推力 室和气燃 生发器 的 数 及 其台 构结、 涡轮 的 泵
结
构和局等布 。 综合考 虑 0吨级,氧液油煤发机动采 用 62 台0推
力 室 2、燃台 发气 器生 、1 台 轮涡泵 2台、 氧 主液 阀 、 2
单
位 0吨级3动发机 6 0吨级动机发 0 0k N
k N ms s()
/台推
力室燃 主料阀 等组 件 。在 推 力室 组 件 验等证 平 台 中 , 考 以除核发 动机 涡轮 之外泵的其 余组 件, 可 并
衍生 出 3 0级发 动吨机, 0 60 0吨级和 30 级吨发 动机 0
o3 3
039 5 43 0 0 () O0 3 6
06 06
7 817 30 (0 0) 036
用共除涡 轮 之外泵 的主要 件 。 组 涡轮 泵为 同轴式布 局 氧,居 泵中, 燃料 泵 涡和 轮于位两端 。便了 于复重试 车, 为自 器动方案 多 为使次 用
,采 用 动电、 气 和动液动 制 。 控 之总 ,大 推力液 煤氧 油动发 研 究机 在1吨级0 2 动 机发的 技术 基础 上开展 , 进行优 化 设 计 并 ,整 提体
真空
比 冲 烧燃压室 力
合混比 混合 比调 节 范围
m
s s/ )( M P a
36 ( )3 723 3 2 0
62 9. - % 1 0l
3O6(3 )2 73 3 2 0
26 . 9 -%1 0 l
O升 动机发 术技平 水。要主的 优化工 作 包括: ( )优化发 动机 系 统, 轻发动 机重 量 1 ,减 高 发 提动 机可 靠 性和作性 操。 ()采用 后泵摇 技 术 ,解 摆 发决动 机偏的心 问 2
力调推节围 范 管面积比喷
喷 管 口出压 ka力P
5 1-% 01 3 0
07 0
5 lO - 10 %3 0
7 0
3
0吨 级动发
机 ( m和 .50 335 m箭分径布别置 台和1 台发2机动 ,
60
级吨发机动(m 箭布径 置台发动1 机 ,台力推 固 室 5 1
0双摇摆向)
图 发 1动机 装总 构结
图表 33 0 级 发吨 动 机尺 寸0
推 k力 喷管 出直径(口N 机单摇空间直摆 径m 摇摆角)( 度) o 单 机静包络直径(态 m ()
) m
0 33 o1 78. 2 8 21 72 3. . 41
0
、 台定力推室单向摇摆 ) 1
双机
态静 包直径
络 m()4
64. 3
双摇机空 间直摆径 (
m )
5 63 2.
6
o 60
8 1 .2
87
9 53.5
4.6 5 2
注
0:60 吨发动机 级1台力室固定推、台 力推单室 向摆 摇
113
载人天 航 2 年1 1 01第期
基
础究研
大 推力5 氧 煤 液油发 机动关 键技 术与 研制条 件
推力大液 氧煤油 燃 补环循 发 机动代表 了 液火体 箭发 动机技 术 最 的水高 平 ,要解 决多 项关键 术技 。 需 在 1吨0 发动级 研 机制中 ,我 国掌握 了液氧 煤补油 2 燃循 环发动机关 键技 术 的研 究方 法为, 大力 推液氧
煤油 发动
机 研制 定奠 了 良好 的技术 础 。大基 推液力 氧 煤发油 机动 要需的独 有 技术 主要 为 高 燃压 气摆 摇 管软, 国内相关 与位单沟 通 ,国 已 备具 该了软管 经我的材料 和
工 加术技。
大推力 液氧煤 油发动机关键 技 术 及其研 究 案方
见表 4
表
4关 键 技 术及 其 究研方 案序
号关 技 键 术研 究 方 案
1
动机发体总起动关机与技术
利
1用吨0级发机动技 ,术2 进 行真分析 仿 起动,分系统模拟试 验
23
大寸尺、 高 压、高 燃气温摆摇管技软 术高 率
效、
国内与相单关技位术作,协 进行热并模拟试验考核 利 1用0盹级动发机烧 与冷却技术燃 ,2 进 行喷 嘴场流仿 ,真 喷嘴稳性研定究 , 混合 头 部 频燃高烧稳性定热模试验拟 利用 1 2 吨0发动级技机 ,术行三维仿真 析 分 子,动学研究力, 进 转平 衡塞活缩尺研 件
长寿
命推力室 烧燃与冷却技术
4
大功
率、高压 轮涡泵总 、 密体和封承轴技术 究 ; 用利近来年研究的 固润体滑轴 膜层承技术 与专, 轴承研制单业位作协 ;进行密 封 和轴
承 运的 试转 验 考核
l 低
术动 温密 5高封 压 技
6I 寸 大杂构工 术 尺、结 加 技 复} 7机发件统分验热 术 动组及系冷试技
试 的采 、特 、密 构 模 借内进
,属0属 )行结 先验 术金金( 型进圈 鉴 技用最非型 、 封,拟考 国核 c 外v利
1 发机破技 ,加技研 部 用 动突的术 2展工术究 分 吨 开0以 有验件, 低基泵模试方速研 现试条为 础展转下拟的法究 开验
1发 术机 动 试 8 车机 整
技在传级术究大动大台动与 、试上技 推机口台器流 感的 大力试 体径 1车术发,发车 自 、2器基推 量动开研展 0 技等础力 计吨机
2 0 0年2左右可 完 发成动 机 制 。 研
大
力 推 液煤 氧油 发动 机主的 要保 研条件 包 括整 热 试 车机台 、件组冷热 验试台 生产和 备设。 据研根 究, 目 的前 件条 造后 可 以改足满 部 分键关 技术攻 关 的需 要 ,括 力 推室 组等件验 证平 台 ( 0 30吨级 发 动 包机 )的 生产和 试 验等; 06 吨级 发动 0机试车 台及 其 部分 生设产 备需 要建 。 新6 论
大结推力 氧液煤油 动发 机是各国未来 航 天发展 的
于对 国来 说我 , 大推 液力 氧煤油发动 技术继机 承性和 带动性 好 , 以优化可 和 展拓 我国新一代 运 载 火 箭动 力统 系、于 重型运 火载 ,箭足 国载人 登 我 用满月 和
空 探深 测、 射发大 型空 间 等重 大站航天 活 动
的
力动 求需 ,幅度 升 提 国我进 空 间的入能力 , 大我 为国
本世 纪建设 天强航 国提供强 大的 动力。
参 考 文 献
核
心动 力 , 600级 液 吨氧 煤油发 动 机 可用 于 百级吨 O运载 L力 的重能型运 载火箭 满,足 载人 月登和 深E 探 空 测 发、大射型 空问等站 重大 航天活动 的需 求 。 大 推力 液氧煤 油发 动 机具有使 成用本 低、 能性
高、 环 保等 优 特良性 , 目 前国重 外研点发 的 力动 装 置是 ,是 来包未 括人航载 天在 内的各 种 大航 重天 活 动
一[] 贵 田.张 1压高补燃液煤油氧发动机 . (M】 防国工出业社 版 0.. 25 0
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Fir sR. I ,A9 - 1 4 a eu 【A]A A 9 3 54 l
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O ]b ti su d t oam src2 de vl meth t: ww.4 rlivg p a neTu okt e oen t ./ a ew p /
Opbt 1o ira. / mc
种
需 的必 动力基础 。 本 文 提 出 6吨0 级大 推 液 力氧煤 发油动 方机 0
[ ] BK.tri ,.K ao h , C.ek s-D rg8a i t y 5 Ioag .V vC vFn.Y lhi n ..R 01P om H r rso .从[I 0 351 R ]A 2—025[ N]S e us n d rNu w rFStea cRe E ng t.: 6 AA Rqet gF n s o ie— t okt n e ih t i f/ s gp
/www. cpn w s m/cs ae e .o
案
, 机动采用 补燃 循 环、 泵发 后 摇摆 、 范 围工况调 大节等 进先技术 。 照 目技前 水术平和工 业基础 , 按有 望
3 2
基础 研 究 [ ] laV iracl ,epe R AE Q LO O SE A R 7EH inenP saP m .A i IN I I D OBT R TD d
0 F FAI .A A— 68 10 37
载人航天
1 年第 2101
期 [0n nio R cse FrtLo . : idapt w bbcoo.s1 ]da MoIn otk : i kot / n hi eae . lpgt s p/ s
r/c o n
[ ] t oueuL c e ueaaPoyorPm (m PL)hte: 8a Aub tr a nh  ̄rrpt ga re P . t F/s F—r p /m
m. s.t a ai /n
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[ 12 张]小平 丁丰,年 马,.杰 国载人我登重型运载火箭月动 力系统探
讨 []火 箭进 推,0 93( ) — J. 2 . ,05 2: 6 1
R eer h o Hi h sa c n Tgh s ru tL XOKe o e/ c tngE n r s n eo Rk ie
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0 iht r s OX0 thg u th L /e K e oe cre n ie wi rw s hmb r smn a p wrs s ferhCn n e nrs on k tg n t t ot ut a se a i o e t m y iam a n ld a eh h ocu
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d prm e e f t ee ng , h se l of u a in t ek y t cnl eg n e trf ti inao ee g n r a a tr o h ni et e a sby mc g nr t, e e ho io asd t uue ui z t ft ni e a e iso h h olh
p
e e d a ts .en w e g ni ra l p o met e l uc i gc p b l yo h n, a diw l ma e ym tte r e n se olT eni w lege ti r v h nah n aai t f C ia n l u t t l eh hl y i li
r
q m ni fsuuseeat ai e csn ernr e nt e pse a l axos erue t ort cc vi s hua n d la oc a d d ecp po n.t e f p t i msau pj e ir
K e r s waM nd Lnr er tL qiPo a te okt n ie XLK rs ;n gtC dmbso yl; nigat w y od : ne au o; iu cr p nl Rc E eg ; O e / ee aeSo u t nC S icg n f rPjd l n o e e
i Pmup
-
+
+- +-
—-
—8 1 99
参
考
献文
] [ 沈6骏荣.国 天地体化一航天联互网 构想.我 国工中科学 ,程0 . :2 1 60 01
-0 9 3
[
1 周林.] 国际空站信息系统间案遥方 遥 测控0。 5 0 5: 20. 56 —3l Pl
u. ou aamun mgets sm.I A N AScn 2 a oJsC lmb sdt aae ny tA A/A S e odJ e
trIain oiy e n n a t mS sump n S a I e f t r S ne , s 09ol o p c n omai y tm s 1 9
o[] 谢 文涛. 开式航 空放 子电 统 和系C T 7OS技 术.航 空 电 子技 术
2,0 _ : 8 050 3 -2l
[沈]海 远,徐均世 .国 T C术技的展发和对分策.0 22析7 8 美 OS 2 .0:—
4 55 108 9 01 10 39 6
[
]谭维炽. 间据数系【 .统 3 空 ] 中国科M技学术出版社 , 京.北 0 . 2 24 [0]陈洪 李勇文,基于 C S.S标 准 载的航天通人 .信4 CD 测控 与通 信
,2 03: 5 7 03 _ 5—9
【
L omteB nnizG nelr sbe 1r8.:8 -0 9 a prl yr a tee a ’o P J . l n m. 9 2732 1
4O[ 1 ]林 周. 国空 间际站上用的使两计种机算.测遥控 , 4073— 0遥 02. : 64 [
1 .lar ,1 C]T yo等 郭树 玲译.于国际空 问有站 效载的荷标化计算 准
机用. 制 工 程 9 8,43 9 — 控1 .9: 33
ClS S 71 一 一.cm ano rp c aass m s adn .5 C D0. B o 1m dte fn aedty t t d r s J 0 R ieos e a A
ad d cr i n Oy t ms CS Re o v n e t g b sS eC .SD ic m e dm toB eln a i,n u B o k .
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nI e nina a et So t n o m a i n y t m r tch ur t dy o nt ra o tlpS a c niI f rto S es Ac i et
CeHN E iZu ZH ANG ag hg o Qn i
( prem tfS a e inSea d pA lain hnCs ae fS i en De a tn c cp c e n p ti, eeAic dm yo c ec ) oc o
As t a eTi f tmnss m o t t nl npc ttn s ) s naysrosl r eftnm s o f oda nb ct: o ao ty f nea o saaes O isi m iep nieo asi in omm nig r hnri e i i rao l b rt h cs
i su t n n x e em dt t,t e e eoi m tbu i h yr ble r a — i ,a d h v o p d r ar c nnt c s a do ep r n  ̄a a h r rf tri i s e ghl ie le l a mten a ea g o e mfn e i o,
t nmi i h n n oain sseac i cue o h is sn ir eo um e e t. .L bUr t r d 。a1d s sro . Te i fr ytt m r th r t f te R su a evc d lh a S aooy o Mue n a s o em
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A’ l mb ms o euo S n rd c di w sc a a r ttsa d f tr e e om te tn asay e n dt i S s ouC ud l S ifi t u I es o ti h c si ne u u e dv p n l e d n l dzi a e hl t r i cr
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h r ce si ft n o eTc a a rtt s o e ifr a ni ss a cei c eui c ue h e a cia e o wk m a a n esa e er ne i c hmt y t m h ttr n dl i r hc lnt r n g e t pmc — ta ti—o e r h
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ea o r tdc mumi a i n tn r ae n CCD , d lr dzd s gC tc Snl g n p n s e s a paiin c t n eowkb s d o S S m o u ai e ei nT Oe ho oy ad oe ytm p l t . coo
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K we o :d c pt n tno aniS se y r sS a e Sa iI;f rt tym;Ar t cuhe o m o c it r; CDS e C S
3
3
载人航 天21 年 1 第0 1期
基
础研 究
载
登人月动力 主李
斌
大推力 液氧油发动煤研 机究
栾 亭 希张 平 小
西(航 天 安动力 究研 所)
摘要
推大 液 力 氧煤油 动发机 是 航天运 载 主 力动的 展发方 ,向 是载人登 月等 大航重
天活 的动 力动 基 。础 出提了 我国 载人 登 月 主 力一动6 0 吨 级双推 力 室氧 液 煤油 发动 机的 发 o
展
想设 并提,出 了该 发 动机 补 燃 循环 、泵 后摇 摆 总等 方 体案, 择 了发选 动 主机要 参数,进 行 了总体布局
设 计, 梳理 关键了 术技,探 讨 其 用了 。这途 将大 提幅 我 升进国入 空 间的 能 力, 满以足我国 栽登人月 和 深探空 等测重大航 天活动 的动力 需求。
键词 关栽 登 月人液体 火箭发 动 机 液 煤氧油 补 燃 环 循后 摇摆 泵
分 类
V 号 3献文 标码 识44
A文 章编号 1 7 — 85(0 1 0 2— 66 452 2 1 ) O —08 0 1
1前
航言天 动活需要 大推 力的 火 箭发 动机提 供 力动 载,航人 天、 载登人 月等 大航重天活 更动需要 大推 、力 高 靠可性 高安全、 性的 火 发 箭机支动 , 可撑 谓发动机
的推 有力多大 , 类的足迹 有 多远 就 。 人 大 推力液氧煤 油发 机动 是 载火 箭运下 面 主动 级 力 的全 球 选之择一 ,十年 的 航 发天 中 展, 、 等 几 美 航俄 天国 家 研 制了种 多具 重大 有史 意义 历的 大 推液力
力动择 选 。带术动 性 是重 项 目需 大要考虑 的 指标 , 技
液火箭体发机动涉气动及 传、、 热流力体学 、燃烧、 工
艺 、材料 多项重等 大 新高技 ,术以 动带相 关技术 领 可域 的 重大突 破 合 建设,创新 型 国家的 国策 。目 前,符
我国 巳成 功 突 破液 氧 油煤 动 机发 的一 系列 重大 技 , 成术 了 一大 基批础 设 施 一 步, 展发大 推力 液 建
进氧
煤 油 动发机 有 于技利 术的 承 继 实, 循现序渐 进、 持 续展发。 因此 , 推大力 液氧 煤油 动机发 符 我 合 国 国情 ,是我 未国来 人航 天 、 载载人登月 合 的动 力理 选
之择 。一
煤油氧发 机动, 奠 了定航 其天强国 的 地位 。 世上纪八 十 年代 期末 以 来我, 研国制 1了吨0 2 液氧级煤油 发动 机 掌握 了口补燃 循等 多环 项进先 技 ,1术, 用 采该发 动 机的新一 代 运火载 箭在正 研制, 即 将 形 成 以液氧煤 油 动发机为 主航 的天动力体 系。 而 , 然 随着 我 国 合 综力 的国快速增 和航强天事 业
的快 速发
展 ,2 01级吨 动 机发的 推力在量 方级面不 能 全 满足完
本文 究研了 国 外内航 动 力天技 术发的展 现状和 展 趋发 ,势 出我 国提载 人 月主登 动—力 大—推 液
力氧煤 油 发动机 的 发展设想 : 5年左0右 , 成 推完力 2
1室、 气 燃发生器 、主 自要动 器等组 件验证 平 台的 考核
试验 , 衍 生 3出吨级液0 氧 油煤 动发机 于, 大超 并 用
0型载运 箭火 ,足 次对多 接、限 模 规载人登月 的 需 满
有
未来 建设 航 天 强国需的求。 此 为 国应, 制研 一代下
我推力火 大箭 动机 。 发 在 推大 发力 动方机案 证 中论 , 要 需点 重考虑 发
求 ;00 年左 右,研 制 出 60吨双 推级 室液力 氧 煤2 0
油2发 动 机 , 于 地近 轨球道 ( E 运 载能力 百 吨级 用 L O 以上)的 型重运载 火箭 ,满 足我国本 世 纪 中前 期人
动 载 的机使 用本成 技、 带术 动和性技 继术 承性。 本是 成 未航来天 发 特展别 是 商业 发 射市 竞场 争的 心核 液, 氧 油 煤推进 剂 成 本低 廉 毒环、保 , 无 发动 机 性 能 高 、 使 维 护方用便 ,控在 制航天发 射本 方 面成 最是佳 的来稿
日期:0 00— 3 修 日回期 0:1 1— 8 2 1— 8 2;2 1- 2 1。
登 月等
各项 重大 航活动 的天求需 。
2 国 内
外 大 推力火 发箭 动机 发 展现 状 与 趋 势
十年 几航天的 展发 中各 航天,大 国研制了多 种
者作衙介 1 :9 )9 硕士, 员 要,从液事体 李斌( 火. 6, 一 09男, 究研 主箭 动机研究发作。
工 2 8
础研基究
载航天 人21 年 第 1 1 期
大0力 推箭 火发 机 动 上世 。纪五十年代 , 联率先研 制 苏 成 功 R 0/0 液 氧一 煤 油 发机动 。以其 为 动 力 的D 711
“8 盟联 ”载 运火 箭 首位,航天 员 送人太空 , 创 号 了 将
开
开展 了 国自己的研究 作工,航 飞机 改天 方进案提 出
R一 6一0A S7 J、80等液 氧油煤发机取代动 体助固器推
的方 案; 第二代 重 复 使用 运 载 计 器划S I中 提出 LR 一等4 液煤油 发氧动机 ( 图2 。 述 发动机 推力 8 见 )S
上为 3 k0 0一 0N,均 采 液 用氧煤油 推剂进 和补燃 00 50Nk循 环技 术。 02 来以,p cX公司 用 “ 采隼 ”背0 5 年S ae 灰
载航 人 的天历史。目 前 , 用 氧液 油发 煤动 机“ 联采 ” 盟
号载运 箭 是火国 载人 际天 的主航力 。
六十 年代 ,国 制 研了
60级吨 的 F1液 氧 煤美 一 8油发动 机 , 于 “ 星 V” 载火 ,9箭年 9月72 用土 运 61 0日, 功成 现实载人 登月 伟 的 大 壮 阁举 同时期 。, 联
研制 苏了推 力 0吨1级的 N 一3 氧液 油煤 动发机。 K5 由 于3 发该动 机 推低 力, 月的“ 一 箭 ” 一 级需要 采 登 N1 火 用 3台0。发 动 机 数台 多太、 动力 统系 过复于 杂加上
液氧 煤油
动发机 研发 了 “ 鹰/” 载箭火, 猎 1 运9 得获重 大成功 , 提出 5 0级吨 氧煤液 发 动油机 计 划。 00 并 0 2 1 年 月2, 巴马 推迟 登 计 划 ,月出投 入 3亿 美 元, 奥提 1 开展
重 运载型 与大推力 液煤 氧油 动发 计机 划 其 中
, 12 年 度经 费6亿 5美元同 01 .
。 洲欧 天局航为 了降 “ 阿低 里 ” 运 安火箭 载的发 5
质
量控 制 原 等因, 火致箭 可 性靠 降 低, 成 “ 一 ”导 造 1N
火箭 4次 飞 行试验 全部失 败,整 个登 月 计 划失 败以 告
[ 终 。
成 本射,启 动 了 “ 航 来天运 载 器 预发 展 划 计 未(LP ”[ 提出40 吨级“ F PN)18 , 0 尔 伏加” 2 0吨 “级 和 0 乌
、 七年 代 , 十 吸联取N 1 训教 , 制 功 成 苏 八 一的 研推 力7 0 吨 级 R 一的 74 D 1液 氧0煤 油 动发机 , 到 了达
拉
” 尔液烃氧发机动划计 ,以 替代固体 推器助, 并用
可于重复使 用 运载器 。 降了 低本 成 ,年代十日本 为 九 出采提 液用氧 烃 动发机代替 一 列H火 的固体箭助 2 系 器推 同。 , 出时引 N进3 K提3一 R和 一8 氧 煤油 发 D 10液动机 研
制型运 载新火 箭方案的 。印度在 航天动力 技 术领 较 域落为后 了建,立 航天 大 , 国为印度 提 出庞 大 发 的 规展划 , 00启年动 了 0吨2 液 氧级 油 发煤动 2 10 研制 ,机 用划 载于人 登月 运 载火箭 _。n 2 0计l ]0 2 年以 T0
液 火箭 发体动机 术 的顶技峰 。苏联 解体 后 , 罗 斯又
俄研 制成 功 了 03吨级的 R 一 88 D1 0 和 0吨级2的 R 0一
D11 氧 油 煤发机动,技 术水 平遥 领 遥其它先 国 家,9液
开并 出始口 动发 机 品 、产输 出 发 动机技 术,帮 助 美 国 、 洲、 欧 印度 、本 、日国研 制 液煤氧 油发动 机 其 及韩 运
载火 箭。
六 十、代年的军 备竞赛 中, 国设 了建规 庞 七 美 模大 的体固火箭发动 机生 产 体系 。 七十年 末 ,代 战着 随
来 韩 ,购 国买 了
俄 罗 采用斯 一 5R 液氧煤 油发 动 D 11 机 (D11 型) 成 的一 级箭 , 于 火“R 一9改 用 罗老 ” 组运 载火号 箭 2。 00 9年 和 281 月 0年 06月 , 进 行两了 飞次
行 验试。 俄罗斯和 美 国主要氧煤油液发机 动的特f 生表 见 1 。 综 上述所, 来航未 运载 动天 力技术 发展 的 趋
势可 以括概 下 : 如
略
器武削的 ,减国固体美发机厂动商庞大的产生
能严力重 过剩。 为保 证就业和 维 持 生产体系 , 国 航 美天
飞 等运 载机器开始采 用固体 发动 机 。 受 其影 响 洲, 欧 和 日本 的运 载火 箭 随也采 用 固体 之发 动机 。这一 选
使 美择国 、欧洲 和日 在本液 煤氧油 发 机动技术 域领
发 展 不 。足
( 动力 )统 系大的 力推化 通 过, 采 用推大 力发 1 动 机 , 发少 机 动数台 减 简,化动 力系 统 , 运 载高火 提 箭 的 可靠 。 性 ( ) 系力 的统 低 本 成化,航 天 竞争力 的 心核 2 动 是成 本, 氧 油发 动机 以煤其使用 成本 低 、 能 高 液 已性成为 一种需 要的航天 动力 。( ) 推 进剂的 无毒 环 保 , 世 纪是化 环 保 代 时, 3 新 性 能高的 液 烃氧和液 氧 液氢推 进 剂以其 无 毒环 保 的 优特 良 点已成 为航天 力动的发 趋展势 。
( 用化 )、 4 系列 化 、 通块化 ,模通过 “ 机 多用 ” 一、技 术 展 拓,强 发 机动的适 性应。 增
九十年代 来 , 以于 固体 助由 器推成 本高 昂、污染 严 重 ,美 国 西等 方 国家开始 积极 引 进 俄罗斯 液氧 煤 发 动油 , 于机 代 替固体助推器 九。 十年代 初 ,国 用
普美 惠公司 引 进 ~R2 D0液1 氧煤 油 动机发并进 行 热了 车 ; 试空 气公喷 司购 买 了N 一3和 N一 3液 氧 煤 K3 K4
航
油发机动 原计划用, K于 l —重复使可运载器用, 目前
用 于 “ 座 "牛2 运火箭载 19 金 - 。9 6 ,年 克 洛西德・ 马
公丁司用 10亿 美元 购买 1 了台1 一 R8 D0 10液 煤
油 氧 发动 [机 用于“ 宙 神” 列运 载 箭 。火 由于 液 53, 宇5 系氧煤 油发 动使机 用 本低成, 宇宙神 ” 运 载火 箭的 发 “
5射成本
降约 低 1。进液氧煤油发引动技术后机, / 4
美
其 , 大中推液力煤油氧动发机 的要 主展发 方为 :向
2 9
载航人天2 1 第 1年 0 期
1 表 1俄罗 斯 和 美 国 主 液要 氧煤 发油 动机 特 性 代
号 R 一 O D1 7N K3 -
R 37 一 D01
基础
研究
国别
苏联 苏 联
苏联
混
比合 72 4 .2 5.
25 .6
推力 ,k N 8 1 21 512
7 295
比冲
, m/ 22 s 052 1 94 33
00
循环方式 发 生器循 环 燃循补
环补 燃 环 循
途 用 盟联 号N 一1
天 顶, 源 能
研
时制间 1 -5 9 7 9415 1 5 9 -59 91
17 -6 95 9 6 81
R
DlO 8 —R 一9 D 1 H1一 1 F 1一 R -7 S2 R - S 4 8 -R6S 7
俄罗
斯罗俄 斯美国 美 国 美 国美 国 美 国
22. 27 . 6 2 .32 2 2 7. 2 25.2 . 27 7 .
32 8 66 1 9 92 1 60 7 0 97 12 4 6 56 40 3
305 01 33 602 8 5 3 9 2 57 8 25 25 2 29 31 9
0
燃循补 环 燃补环 循发 生循环器 发 生器环循 发生 器循 补环循环 燃补燃循 环
宇神宙5 安加拉 土 I星1 / 土B星5 德尔 它
9 —10 2 9 2o 619 - 0 908 2 115 - 9 1 9 8 1 6 5 1 -9 69 9l6 71 9 — 9 1 137 2 o一o 1 20一 1
0
(推力 2) 0吨级以上 。 10 )(采用 高能 性补的燃 环 循系 统。 2 ()采 用先 进 的泵 后摆摇 技术。 3
一
般包括 燃补循环 ( 称又分级 燃 循烧环 和) 气 发生燃
器 循 环。 气发生 器 循 为环式循开 的一种环, 经 气燃
燃涡 作轮 功直后接 排放至 动 发机 外者或引至 力 推 室喷
()具 备范 大围力 推和合混比调节 能力。 4
管扩张段 , 由 于部 分这燃气 未能充 燃分 , 烧进推剂 的
学化 没能 有充分释放 ,动 性机能较 低。 发 补燃 环循 为式闭 循环的一 ,经种 轮作 涡后 功的 燃 进气入燃烧 室 , 进 行次燃二 烧 补燃(” ,即“ ) 推进 剂
3
大 力 液推 氧 油 煤 发动 总体机 方 案
二十世八十年代后期纪,我 国开始证论新代 一火
箭 发动 机 十。年 , 代 进九 了行液氧 油煤发动机 关 键 术攻技 。关00年以 来, 2 0开 始研制 10吨级 液氧煤油 2发 动机 。 目前 , 发 机各 动项关 键 技术 均 掌已 ,握该 即
化 能学 释更放 为分 充, 动 发机能得性 较 到大 高 。提 综合 析分 我 国大,力 液 推煤氧油发 动机 用采先 进 的 补燃循环 。
32 总装 方 案 . 对 大于 力 推箭 火发动
机 总体 ,案 方焦点 的在 于
将制研成 功以, 发该机动为主动力新一代系列的 运 火 箭研载制正 在 入深 进 行, 基量 础设 施正建在设 , 大
以 液 煤 氧发油动 机 为主的动力 体 系 正在 成 。在形 基础此 上,进 一步研 制 推大液 氧力 煤 发动 油机 符合 我 国情 国 ,是我国航 天动 力体 系 的延 续和 发 ,展 合 可 持续符发展 的 基 本策 国。 根 据 载 登人月重 运载 火箭 总型 体的要求, 大推
力 氧液 煤油发 动机 的推力 量 级 为 6 0应吨级 。为 了 0
推力 传 递推和 矢力量控 制 液 体火 箭。 动 发机 推矢 力 控量制方 式括包 发:动机的 泵 摇摆前 和后泵 摇 摆 。泵 前摇 摆 的 摇摆软管 低 在 的推 压剂进入 1管路 5。上 提供 在力推 量矢时 , 摆 整摇 个动 机发 这。种 方案 的 点优是摇摆 软 压管力 低 ,研于制 ; 是 足动 机发 便
不质 偏心 推离 轴 线 ,力 在“ 心 ” 存 偏 问题 动机 摇;摆尺 发
提高发动
技机术使用的频率 降低研、制术风险技 本, 文
提出大 推 力 液煤氧油 发动 发机展 路 思:动发 为
机 60吨级 推力双 状态室 , 0先 分别开 展 以推力室 和 涡轮 泵 为主 两的 个 技验 证平 术的台研 究与 验试, 然后进
寸 摇和摆 矩力较 大 发;动机重量 大较。 于力推百 吨 对级 及 其 下 的以发 机 ,动 此方 用案 比较适 宜 , 采国 外 的 R2 3N 3 、 D—一2 MK等 发 动 机 采 均用此 D一 5 、K3 一1R10 /
案。 方后摇泵 摆的摆摇软 管 设 在置涡 轮 泵出 的口压高
发动行机统系集成 ,完成60 0 吨发动级研机 。制其
中 ,力 室推为 主的研制 台平 以可生 出 30吨级 衍发 0动 机, 用优于化 和 展 拓一新 代运载 箭火 的动 力 构 结和运载 能力
3。1 力动环循 式方 .
管路 ,上在 提推供力量时 , 矢需要摇摆只力室推其及
件附 大。 推 力的补循燃环发 动机 ,对 后摆泵方案 可以 有 减小效 动 发 机寸 、尺重 和量 摆力摇 矩 ,于 解 偏决 便
心
问题等。但泵后摇摆需 要设高置、 高温燃气压摇 摆软管
和 高液压 体推 进摇剂摆 软管。 综考 合 , 虑摇后 泵
大推力液 火体 箭 动发机 可 选择的 动力 循方 式
3环 0
基
础研究
载人航 天21 年第 1 01期
摆势优明显 , 代表了大推 力 体液 箭火发 动机 术技 的 发 展趋势 。因 此 国, 外进先的 发机动 如 R- /8/ D710 01 1
1 和 一 R8均 用采此方 案。 9 6S等 合 综分析 我 国,
大推 液 氧力 油发 动煤 机应采 用
题
控,制摇摆 力矩 , 轻发 机 动量 重 。 减 ( ) 泵抗高气蚀 能力 , 3 降低 提发动机 1 人5压 。力 ( ) 挥 数字 设化计 的 势 优提 ,高发动 机技 术 发4
水平和 研制效 率 。
泵 后
摆摇方案 ,重中研 点燃 气究摇摆 软管 。其 3
主3要 组件 案方 -
大4推液氧煤力油发动主机特性参要数
大 力推 氧煤 油发液 动 机要主 能性 参数见表 2 。 种大 两推力 氧煤液油发 机 动结构见 图 总装1摇 摆包
,络 寸 尺见 3 表 表
2大推 力 氧 液 油煤发 动 机主 要参 数
参数 称名 平海面力推
真 空推 力 平海 比面冲
液 体火
发 箭动 机的主要组 件 括 推包力室 燃、气 发生、器 轮涡 泵 自和动器等 , 涉及 主 要组 的方件 案包 括 推力 室和气燃 生发器 的 数 及 其台 构结、 涡轮 的 泵
结
构和局等布 。 综合考 虑 0吨级,氧液油煤发机动采 用 62 台0推
力 室 2、燃台 发气 器生 、1 台 轮涡泵 2台、 氧 主液 阀 、 2
单
位 0吨级3动发机 6 0吨级动机发 0 0k N
k N ms s()
/台推
力室燃 主料阀 等组 件 。在 推 力室 组 件 验等证 平 台 中 , 考 以除核发 动机 涡轮 之外泵的其 余组 件, 可 并
衍生 出 3 0级发 动吨机, 0 60 0吨级和 30 级吨发 动机 0
o3 3
039 5 43 0 0 () O0 3 6
06 06
7 817 30 (0 0) 036
用共除涡 轮 之外泵 的主要 件 。 组 涡轮 泵为 同轴式布 局 氧,居 泵中, 燃料 泵 涡和 轮于位两端 。便了 于复重试 车, 为自 器动方案 多 为使次 用
,采 用 动电、 气 和动液动 制 。 控 之总 ,大 推力液 煤氧 油动发 研 究机 在1吨级0 2 动 机发的 技术 基础 上开展 , 进行优 化 设 计 并 ,整 提体
真空
比 冲 烧燃压室 力
合混比 混合 比调 节 范围
m
s s/ )( M P a
36 ( )3 723 3 2 0
62 9. - % 1 0l
3O6(3 )2 73 3 2 0
26 . 9 -%1 0 l
O升 动机发 术技平 水。要主的 优化工 作 包括: ( )优化发 动机 系 统, 轻发动 机重 量 1 ,减 高 发 提动 机可 靠 性和作性 操。 ()采用 后泵摇 技 术 ,解 摆 发决动 机偏的心 问 2
力调推节围 范 管面积比喷
喷 管 口出压 ka力P
5 1-% 01 3 0
07 0
5 lO - 10 %3 0
7 0
3
0吨 级动发
机 ( m和 .50 335 m箭分径布别置 台和1 台发2机动 ,
60
级吨发机动(m 箭布径 置台发动1 机 ,台力推 固 室 5 1
0双摇摆向)
图 发 1动机 装总 构结
图表 33 0 级 发吨 动 机尺 寸0
推 k力 喷管 出直径(口N 机单摇空间直摆 径m 摇摆角)( 度) o 单 机静包络直径(态 m ()
) m
0 33 o1 78. 2 8 21 72 3. . 41
0
、 台定力推室单向摇摆 ) 1
双机
态静 包直径
络 m()4
64. 3
双摇机空 间直摆径 (
m )
5 63 2.
6
o 60
8 1 .2
87
9 53.5
4.6 5 2
注
0:60 吨发动机 级1台力室固定推、台 力推单室 向摆 摇
113
载人天 航 2 年1 1 01第期
基
础究研
大 推力5 氧 煤 液油发 机动关 键技 术与 研制条 件
推力大液 氧煤油 燃 补环循 发 机动代表 了 液火体 箭发 动机技 术 最 的水高 平 ,要解 决多 项关键 术技 。 需 在 1吨0 发动级 研 机制中 ,我 国掌握 了液氧 煤补油 2 燃循 环发动机关 键技 术 的研 究方 法为, 大力 推液氧
煤油 发动
机 研制 定奠 了 良好 的技术 础 。大基 推液力 氧 煤发油 机动 要需的独 有 技术 主要 为 高 燃压 气摆 摇 管软, 国内相关 与位单沟 通 ,国 已 备具 该了软管 经我的材料 和
工 加术技。
大推力 液氧煤 油发动机关键 技 术 及其研 究 案方
见表 4
表
4关 键 技 术及 其 究研方 案序
号关 技 键 术研 究 方 案
1
动机发体总起动关机与技术
利
1用吨0级发机动技 ,术2 进 行真分析 仿 起动,分系统模拟试 验
23
大寸尺、 高 压、高 燃气温摆摇管技软 术高 率
效、
国内与相单关技位术作,协 进行热并模拟试验考核 利 1用0盹级动发机烧 与冷却技术燃 ,2 进 行喷 嘴场流仿 ,真 喷嘴稳性研定究 , 混合 头 部 频燃高烧稳性定热模试验拟 利用 1 2 吨0发动级技机 ,术行三维仿真 析 分 子,动学研究力, 进 转平 衡塞活缩尺研 件
长寿
命推力室 烧燃与冷却技术
4
大功
率、高压 轮涡泵总 、 密体和封承轴技术 究 ; 用利近来年研究的 固润体滑轴 膜层承技术 与专, 轴承研制单业位作协 ;进行密 封 和轴
承 运的 试转 验 考核
l 低
术动 温密 5高封 压 技
6I 寸 大杂构工 术 尺、结 加 技 复} 7机发件统分验热 术 动组及系冷试技
试 的采 、特 、密 构 模 借内进
,属0属 )行结 先验 术金金( 型进圈 鉴 技用最非型 、 封,拟考 国核 c 外v利
1 发机破技 ,加技研 部 用 动突的术 2展工术究 分 吨 开0以 有验件, 低基泵模试方速研 现试条为 础展转下拟的法究 开验
1发 术机 动 试 8 车机 整
技在传级术究大动大台动与 、试上技 推机口台器流 感的 大力试 体径 1车术发,发车 自 、2器基推 量动开研展 0 技等础力 计吨机
2 0 0年2左右可 完 发成动 机 制 。 研
大
力 推 液煤 氧油 发动 机主的 要保 研条件 包 括整 热 试 车机台 、件组冷热 验试台 生产和 备设。 据研根 究, 目 的前 件条 造后 可 以改足满 部 分键关 技术攻 关 的需 要 ,括 力 推室 组等件验 证平 台 ( 0 30吨级 发 动 包机 )的 生产和 试 验等; 06 吨级 发动 0机试车 台及 其 部分 生设产 备需 要建 。 新6 论
大结推力 氧液煤油 动发 机是各国未来 航 天发展 的
于对 国来 说我 , 大推 液力 氧煤油发动 技术继机 承性和 带动性 好 , 以优化可 和 展拓 我国新一代 运 载 火 箭动 力统 系、于 重型运 火载 ,箭足 国载人 登 我 用满月 和
空 探深 测、 射发大 型空 间 等重 大站航天 活 动
的
力动 求需 ,幅度 升 提 国我进 空 间的入能力 , 大我 为国
本世 纪建设 天强航 国提供强 大的 动力。
参 考 文 献
核
心动 力 , 600级 液 吨氧 煤油发 动 机 可用 于 百级吨 O运载 L力 的重能型运 载火箭 满,足 载人 月登和 深E 探 空 测 发、大射型 空问等站 重大 航天活动 的需 求 。 大 推力 液氧煤 油发 动 机具有使 成用本 低、 能性
高、 环 保等 优 特良性 , 目 前国重 外研点发 的 力动 装 置是 ,是 来包未 括人航载 天在 内的各 种 大航 重天 活 动
一[] 贵 田.张 1压高补燃液煤油氧发动机 . (M】 防国工出业社 版 0.. 25 0
[ ] toeSo ., Su vD mln , Dt ,lDr a v n 2w hrLc  ̄tm: e ep et e i o at sevt e a d is
iDec n a t .W0 ki r ge sh t w/ . r b ina o / .sed snr np ro s. t ww /e c weto c r s :pn
[ ]J
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Iv i si a nn ho C ue o t oe itn e tt I tte
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O ]b ti su d t oam src2 de vl meth t: ww.4 rlivg p a neTu okt e oen t ./ a ew p /
Opbt 1o ira. / mc
种
需 的必 动力基础 。 本 文 提 出 6吨0 级大 推 液 力氧煤 发油动 方机 0
[ ] BK.tri ,.K ao h , C.ek s-D rg8a i t y 5 Ioag .V vC vFn.Y lhi n ..R 01P om H r rso .从[I 0 351 R ]A 2—025[ N]S e us n d rNu w rFStea cRe E ng t.: 6 AA Rqet gF n s o ie— t okt n e ih t i f/ s gp
/www. cpn w s m/cs ae e .o
案
, 机动采用 补燃 循 环、 泵发 后 摇摆 、 范 围工况调 大节等 进先技术 。 照 目技前 水术平和工 业基础 , 按有 望
3 2
基础 研 究 [ ] laV iracl ,epe R AE Q LO O SE A R 7EH inenP saP m .A i IN I I D OBT R TD d
0 F FAI .A A— 68 10 37
载人航天
1 年第 2101
期 [0n nio R cse FrtLo . : idapt w bbcoo.s1 ]da MoIn otk : i kot / n hi eae . lpgt s p/ s
r/c o n
[ ] t oueuL c e ueaaPoyorPm (m PL)hte: 8a Aub tr a nh  ̄rrpt ga re P . t F/s F—r p /m
m. s.t a ai /n
]I[d a c p rottn S ssm r n sn cr n uu e1n nS ieaaTp ri y Pte e teia d aF rt 1 n a oe S
o r Dc os h:w t w t s .~ s n x FU _ 0 rF9. Pi tn. t / .wf r ./ a e i ep/i e ie jtT 2 0 , I R P T ,r
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o as e e o . pc n ws
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[ 12 张]小平 丁丰,年 马,.杰 国载人我登重型运载火箭月动 力系统探
讨 []火 箭进 推,0 93( ) — J. 2 . ,05 2: 6 1
R eer h o Hi h sa c n Tgh s ru tL XOKe o e/ c tngE n r s n eo Rk ie
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MansP e ywmtf aM ndLn rPoe t i o S sreo n e u arj
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0 iht r s OX0 thg u th L /e K e oe cre n ie wi rw s hmb r smn a p wrs s ferhCn n e nrs on k tg n t t ot ut a se a i o e t m y iam a n ld a eh h ocu
rpetos rpsd dtaengl eirno a e uotn ccedasig g e pa pm pi v. h ean rcj i opo e, n eead s f tdcmg bosyl n w n f r ui r diT e im h g s i n t os
d prm e e f t ee ng , h se l of u a in t ek y t cnl eg n e trf ti inao ee g n r a a tr o h ni et e a sby mc g nr t, e e ho io asd t uue ui z t ft ni e a e iso h h olh
p
e e d a ts .en w e g ni ra l p o met e l uc i gc p b l yo h n, a diw l ma e ym tte r e n se olT eni w lege ti r v h nah n aai t f C ia n l u t t l eh hl y i li
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q m ni fsuuseeat ai e csn ernr e nt e pse a l axos erue t ort cc vi s hua n d la oc a d d ecp po n.t e f p t i msau pj e ir
K e r s waM nd Lnr er tL qiPo a te okt n ie XLK rs ;n gtC dmbso yl; nigat w y od : ne au o; iu cr p nl Rc E eg ; O e / ee aeSo u t nC S icg n f rPjd l n o e e
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-
+
+- +-
—-
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参
考
献文
] [ 沈6骏荣.国 天地体化一航天联互网 构想.我 国工中科学 ,程0 . :2 1 60 01
-0 9 3
[
1 周林.] 国际空站信息系统间案遥方 遥 测控0。 5 0 5: 20. 56 —3l Pl
u. ou aamun mgets sm.I A N AScn 2 a oJsC lmb sdt aae ny tA A/A S e odJ e
trIain oiy e n n a t mS sump n S a I e f t r S ne , s 09ol o p c n omai y tm s 1 9
o[] 谢 文涛. 开式航 空放 子电 统 和系C T 7OS技 术.航 空 电 子技 术
2,0 _ : 8 050 3 -2l
[沈]海 远,徐均世 .国 T C术技的展发和对分策.0 22析7 8 美 OS 2 .0:—
4 55 108 9 01 10 39 6
[
]谭维炽. 间据数系【 .统 3 空 ] 中国科M技学术出版社 , 京.北 0 . 2 24 [0]陈洪 李勇文,基于 C S.S标 准 载的航天通人 .信4 CD 测控 与通 信
,2 03: 5 7 03 _ 5—9
【
L omteB nnizG nelr sbe 1r8.:8 -0 9 a prl yr a tee a ’o P J . l n m. 9 2732 1
4O[ 1 ]林 周. 国空 间际站上用的使两计种机算.测遥控 , 4073— 0遥 02. : 64 [
1 .lar ,1 C]T yo等 郭树 玲译.于国际空 问有站 效载的荷标化计算 准
机用. 制 工 程 9 8,43 9 — 控1 .9: 33
ClS S 71 一 一.cm ano rp c aass m s adn .5 C D0. B o 1m dte fn aedty t t d r s J 0 R ieos e a A
ad d cr i n Oy t ms CS Re o v n e t g b sS eC .SD ic m e dm toB eln a i,n u B o k .
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nI e nina a et So t n o m a i n y t m r tch ur t dy o nt ra o tlpS a c niI f rto S es Ac i et
CeHN E iZu ZH ANG ag hg o Qn i
( prem tfS a e inSea d pA lain hnCs ae fS i en De a tn c cp c e n p ti, eeAic dm yo c ec ) oc o
As t a eTi f tmnss m o t t nl npc ttn s ) s naysrosl r eftnm s o f oda nb ct: o ao ty f nea o saaes O isi m iep nieo asi in omm nig r hnri e i i rao l b rt h cs
i su t n n x e em dt t,t e e eoi m tbu i h yr ble r a — i ,a d h v o p d r ar c nnt c s a do ep r n  ̄a a h r rf tri i s e ghl ie le l a mten a ea g o e mfn e i o,
t nmi i h n n oain sseac i cue o h is sn ir eo um e e t. .L bUr t r d 。a1d s sro . Te i fr ytt m r th r t f te R su a evc d lh a S aooy o Mue n a s o em
,E
A’ l mb ms o euo S n rd c di w sc a a r ttsa d f tr e e om te tn asay e n dt i S s ouC ud l S ifi t u I es o ti h c si ne u u e dv p n l e d n l dzi a e hl t r i cr
.,
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K we o :d c pt n tno aniS se y r sS a e Sa iI;f rt tym;Ar t cuhe o m o c it r; CDS e C S
3
3