1月29日,西北戈壁的寒风中,我国240吨级商业重复使用高压补燃液氧煤油发动机,圆满完成了200秒的长程试车。据悉,该型发动机面向国内商业用户,为大中型可重复使用运载火箭而开发,其性能指标达到国际领先水平。

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跟大家说清楚,这台发动机不是全新的,而是源自航天六院前两年公布的一款500吨级液氧煤油发动机。其正式代号通常被称为YF-130,YF-130发动机有两个喷管,总推力500吨;而这次试车的,是单个喷管的版本,推力240吨,就是从那款发动机衍生来的。

液氧煤油发动机,大家应该都好理解。氧化剂用的是液氧,燃烧剂就是煤油。重点说下高压补燃循环,再给大家讲明白,不说复杂了。

发动机里有个推力室,也就是燃烧室,液氧和煤油在这里混合燃烧,从喷口喷出来产生推力。大推力发动机耗燃料和氧化剂特别快,单靠重力或者打气加压,根本送不过来,所以说必须得用泵来抽。

那么这个泵靠啥驱动呢?不用额外动力,就用燃料本身。从燃料罐和氧化剂罐各引一根管子,把少量燃料和液氧送到一个小空间,点燃后产生燃气,这个小空间就是燃气发生器。

燃气吹动人一个像风车一样的涡轮,涡轮一转,就带动两个泵,源源不断地输送燃料和氧化剂。

要是燃气推动涡轮后,直接排出去,这就叫燃气发生器循环,也叫开式循环。这种方式特别浪费燃料,因为咱们不敢让燃气发生器里的燃料烧太充分,不然温度太高,涡轮很快就坏了。

所以里面要么油多氧少,要么氧多油少,排出去的燃气里,总有没烧完的燃料或氧化剂,效率肯定高不了。

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针对这个情况,工程师就想了个办法,既然总要多一种,那就多放些氧。让所有液氧先不进推力室,全送到燃气发生器,和一部分煤油混合,产生富含氧气的燃气。

推动涡轮后,再把这股富氧燃气导回主推力室,和剩下的煤油再烧一遍。这样一来,氧和油就都烧彻底了,这就是补燃循环,烧一次再补烧一次。而且这种发动机的燃烧室压力很大,所以叫高压补燃循环。

有人会问,要是让燃气发生器里燃料多、氧少,再把富油燃气导去补烧行不行?理论上可以,但煤油不行。

煤油和汽油、柴油差不多,氧不够的时候容易积碳,烧一次可能没事,要重复使用,积碳清理起来特别麻烦,根本不现实。但液氧甲烷燃料不容易积碳,就可以反过来,先让燃料多烧一次,再补氧烧,调换一下顺序就行。

这次试车的240吨级发动机,关键是能重复使用。之前国外的重复使用火箭发动机,要么是猎鹰9号的梅林发动机,也是液氧煤油的,但用的是效率低的开式循环,好处是结构简单,容易清理。

要么是星舰猛禽、星格伦BE4,用的是液氧甲烷燃料,不容易积碳。

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我以前也有个误区,以为高压补燃循环的液氧煤油发动机,因为积碳结焦,没法重复使用。

其实不是循环方式的问题,咱们国家用富氧高压补燃技术,抑制了燃气发生器的积碳,再加上特殊的推力室冷却技术和煤油工艺,彻底解决了积碳结焦的问题。

所以这台发动机,是全球首款面向商业航天的大推力重复使用液氧煤油发动机。让国人应该振奋的是,咱们国家不偏科,液氧甲烷发动机也在搞,航天六院的可重复使用液氧甲烷发动机,之前也已经试车成功了。

两条腿走路,不用不行,但不能没有,总有一款能满足咱们的航天需求。