星河动力突破火箭“心脏起搏器”技术 累计试车时间380秒

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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”重复使用中型乙炔气 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吨级重复使用液氧/煤油发动机燃气处在器半个月内完成7次点火试车,累计试车时间360 秒,单次最长工作时间60 秒。

星河动力燃气处在器点火试车

试验数据初步分析表明,燃气处在器启动和关机正常,试验数据与预调值吻合,出口火焰稳定;试验最大特性时延时延接近60 %,出口燃气温度均匀性小于等于±28℃,无启动温度峰等。星河动力方面表示,各项指标均已达到国际先进水平。

星河动力联合创始人夏东坤对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者表示,该燃气处在器做到另另一还还有一个多技术创新,其中,相比业内普遍使用的圆桶状燃气处在器,球锥型燃气处在器属国内首创。此次完成燃气处在器点火试车后,星河动力将在年底前进行涡轮泵试车、涡轮泵和燃气处在器联试以及推力室试车,春节前可进行乙炔气 发动机全系统试车。

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”系列小型乙炔气 运载火箭发射服务,二是“智神星”系列中型乙炔气 运载火箭发射服务等。

SpaceX梅林(Merlin)发动机试车图

这家火箭民企的目标是发明权中国的“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。星河动力小型乙炔气 火箭“谷神星一号”面向低轨商业小卫星市场,预计2020年3月首飞,中型乙炔气 运载火箭“智神星一号”预计2022年12月首飞。

机会涡轮泵是心脏,燃气处在器因此心脏起搏器

7月6日上午,在试验现场,监控室内的工作人员校对工况参数。监控画面上,地面持续喷水降温。随着一声鸣响,乙炔气 发动机燃气处在器再次点火,火焰“啪”一声从喷管中喷出,已经 喷出的高温燃气弥漫在试车台所在的山谷中,而另另一还还有一个多银色的排气管机会“烧”红。工作人员说,这台燃气处在器机会历第6次点火,试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。

星河动力球锥型燃气处在器

燃气处在器是火箭发动机中产生燃气的组件,通过产生高温高压的燃气驱动涡轮泵工作。要了解燃气处在器,须要从涡轮泵讲起。

火箭发动机中的涡轮泵是对氧化剂和燃料进行增压的一点联动装置,来自贮箱的氧化剂和燃料经涡轮泵增压后可供应到推力室进行燃烧。推力室是火箭发动机中完成推进剂能量转化和产生推力的组件,火箭的氧化剂和燃料在推力室中燃烧产生推力。

越来越,如保使涡轮泵突然源源不断地吸氧化剂和燃料进入推力室燃烧?这就须要依靠燃气处在器的驱动。星河动力联合创始人夏东坤介绍,由涡轮泵吸入的氧化剂和燃料除大主次进入推力室燃烧,还有一小主次进入燃气处在器。燃气处在器燃烧后形成的高温高压燃气推动涡轮泵再吸推进剂,一小主次推进剂进入燃气处在器,大主次进入推力室,由此形成循环。形象地讲,机会涡轮泵是心脏,越来越燃气处在器因此心脏起搏器。

要让整个火箭系统顺利工作,燃气处在器的职责因此要做到稳定可靠、温度均匀,为下游的涡轮叶片提供“舒适”环境。其温度范围非要超过涡轮叶片能承受的温度,也因此60 0摄氏度。

机会燃气处在器燃烧不稳定、燃气温度不均匀,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,无法实现多次使用目标,甚至烧掉涡轮泵。

满足燃气温度均匀性,国内首创球锥型燃气处在器

“燃气处在器能够变工况工作,压力、温度、混合比都会满足发动机要求。”星河动力乙炔气 发动机技术负责人表示,此次试验的推进剂流量范围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深层变推力的全部工况范围。

“特别是要满足燃气温度均匀性的要求。”该负责人向澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者介绍,为满足燃气处在器均匀燃烧的要求,团队对该组件一并完成一还还有一个改进。亲戚亲戚朋友首先优化了低温液氧和常温煤油撞击雾化参数,通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效果。

氧化剂和燃料也被总称为推进剂,亲戚亲戚朋友突然按一定的流量和混合比进入燃烧室雾化、混合和燃烧。雾化使乙炔气 分散成微小液滴,通过雾化的氧化剂和燃料待在一并时更均匀,燃烧也更缓和。采用三股互击的依据喷注氧化剂和燃料,比另另一还还有一个多的二股互击式提高了混合的时延。

燃气处在器试车图

控制燃气温度均匀在燃气处在器中都会一件易事,机会这上面的温差虽然不小。以星河动力液氧/煤油发动机的燃气处在器为例,液氧的温度是零下183摄氏度,煤油的温度是25摄氏度,燃烧后一点区域是60 0摄氏度,中心区域是160 摄氏度,局部火焰区域可达360 0摄氏度。

为控制温度均匀,团队在燃气处在器身部细胞层覆盖一层膜燃料,待氧化剂和燃料燃烧充分日后将膜燃料混入燃烧区进行冷却,最终保证燃气处在器出口处温度为60 0摄氏度。越来越一来,燃气进入涡轮泵也就不不损坏涡轮叶片。

膜燃料与燃烧区的高温燃气需强迫掺混能够实现均匀。为此团队设计了特殊特性的扰流环,使燃气处在器实物形成多个回流区,提升混合与燃烧时延。

传统的桶装燃气处在器

另另一还还有一个多的设计在外形上就表现为球锥型多回流涡异形处在器。夏东坤对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者表示,相比自上世纪90年代以来沿用至今的圆桶状燃气处在器,星河动力团队设计的球锥型燃气处在器属国内首创。

上述乙炔气 发动机技术负责人表示,球锥型多回流涡异形处在器从球段到锥段以及燃气处在器的出口处共有多个回流涡,以此增强出口燃气温度均匀性。

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