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长征六火箭的发动机用了什么新技术?

Cain 发表于 2015-9-22 20:53:36 [ 上一主题] [下一主题]

2015年9月20日,我国首枚长征六运载火箭在太原卫星发射中心成功发射,创造了我国“一箭多星”的新纪录。同时,长征六运载火箭使用的发动机也成为了一大亮点。那么,长征六运载火箭的发动机有什么值得我们关注的新技术呢?
  2015年9月20日,我国长征六运载火箭在太原卫星发射中心升空,成功将20颗微小卫星送入预定轨道,创造了我国“一箭多星”的新纪录。在这次发射中,长征六号运载火箭采用了我国新研制的液氧煤油火箭发动机,是我国液氧煤油火箭发动机的首次实例发射,标志着我国成为前苏联/俄罗斯之后,第二个完全掌握“液氧煤油高压补燃循环液体发动机技术”的国家。
  这次长征六运载火箭使用了两款我国自主研制的液氧煤油火箭发动机,第一级使用了YF-100型液氧煤油火箭发动机,第二级使用了YF-115型液氧煤油火箭发动机,均由中国航天推进技术研究院(中国航天科技集团公司第六研究院)研制,并拥有自主知识产权。那么,什么是“液氧煤油火箭发动机”呢?“高压补燃循环”又是什么技术呢?
长征六号发射瞬间
什么是液氧煤油发动机?
  液氧煤油发动机是以液态氧为氧化剂,煤油为燃烧剂(燃料)的火箭发动机。与以往的长征火箭发动机相比,采用液氧-煤油推进剂的长征六运载火箭发动机,效能提高了15~20%,可以大幅减少燃料携带量,减少火箭重量和体积;煤油价格较低,发射成本得到有效降低;煤油与液氧都没有毒,燃烧只生成水和二氧化碳,避免产生剧毒污染。
YF-100型液氧煤油火箭发动机
  此前,长征二、三、四系列运载火箭的主发动机,均使用偏二甲肼(C2H8N2)为燃料,四氧化二氮(N2O4)为助燃剂。这两种物质和它们的燃烧产物都有很强的毒性,储存与加注时需要非常小心,落地的火箭残骸也会污染环境。从1970年起,美国禁止在本土生产偏二甲肼,欧洲“阿里安”火箭使用的偏二甲肼也一直从苏联/俄罗斯购买,并且在远离本土的法属圭亚那库鲁航天中心发射。从世界范围看,四氧化二氮-偏二甲肼推进剂属于逐渐被淘汰的技术;取而代之的是液氧-煤油和液氧-液氢推进剂。而此次长征六运载火箭发动机使用的就是液氧-煤油推进剂。从此,我国运载火箭进入了“绿色环保”的新时代。
什么是高压补燃循环?
  高压补燃循环是发动机闭式循环中的一种,也叫分级燃烧循环。在高压补燃循环中,一部分燃料在预燃室燃烧,产生高温燃气,推动发动机的涡轮和泵。随后,预燃室的废气和推进剂一起注入燃烧室,从而更充分地释放能量。高压补燃循环的主要优势是所有燃气和热量都通过燃烧室排放,基本没有损失,而且,能承受非常高的燃烧室压力,这致使更大膨胀比的喷嘴可以用在发动机上。
高压补燃循环
  美国研制的液氧煤油火箭发动机则采用了开式循环,也叫燃气发生器循环。上世纪60年代,美国人研制了推力高达680吨的F-1液氧煤油发动机,用于迄今最大的运载火箭“土星5号”,实现了人类首次登月。不过该发动机虽然强大、可靠,却未能解决高压补燃的技术难题,只好使用效率不高的燃气发生器循环技术。相比于高压补燃循环,燃气发生器循环虽然能增加发动机的比冲,主要劣势就在于效率的损失。
YF-100型液氧煤油火箭发动机试验
  21世纪,国外新一代运载火箭开始投入使用。这种形势下,中国研制新一代液体火箭发动机显得格外迫切。2000年,YF-100型液氧煤油火箭发动机项目通过国家立项。2001年10月,开始了初样研制。2003~2007年,科研团队攻克了主要技术难关,新型火箭发动机技术状态基本趋于稳定。2005年,开始了漫长的试样试验阶段。2012年5月,我国液氧煤油火箭发动机项目通过国防科技工业局的验收。2015年9月20日,我国自主研制的液氧煤油火箭发动机随长征六运载火箭成功完成首次实例发射,我们相信,它将成为中国新一代运载火箭的主要动力。


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