長征七號運載火箭二級發(fā)動機試車

　　大西北網(wǎng)訊  500個大氣壓

　　可把黃浦江水打到青藏高原

　　液氧煤油發(fā)動機的渦輪泵，產(chǎn)生的最高壓強可達到500個大氣壓，相當(dāng)于能夠把上海黃浦江水，打到5000米海拔的青藏高原。

　　-183℃

　　價格低且環(huán)保 節(jié)約上千萬元

　　液氧煤油發(fā)動機的推進劑是-183℃的液態(tài)氧氣和常溫煤油，二者燃燒后主要產(chǎn)生水和二氧化碳，清潔環(huán)保，而且價格低廉，每次發(fā)射推進劑費用比現(xiàn)役火箭節(jié)約上千萬元。

　　1.5倍

　　補燃循環(huán)技術(shù) 高效利用燃料

　　液氧煤油發(fā)動機采用的補燃循環(huán)技術(shù)，是一種閉式循環(huán)，可以使全部推進劑的能量得到充分釋放，至少提升10%的能量利用率，使發(fā)動機的運載能力提高到常規(guī)的1.5倍。

　　6月25日，中國新一代中型運載火箭長征七號在海南文昌發(fā)射場首飛成功，拉開我國載人航天工程空間實驗室任務(wù)序幕，這是目前我國發(fā)射的推力最大的運載火箭。預(yù)計到2021年左右，長征七號運載火箭各項技術(shù)指標(biāo)趨于穩(wěn)定時，將承擔(dān)我國80%左右的航天發(fā)射任務(wù)，并將用于發(fā)射載人飛船。

　　長征七號有一顆強勁的心臟——我國目前最先進的液氧煤油發(fā)動機。近日，成都商報記者專程趕赴西安，走進研制該發(fā)動機的中國航天科技集團第六研究院，為您揭秘這顆強勁的心臟。

　　調(diào)節(jié)推力 降低體能要求

　　液氧煤油發(fā)動機專家、航天科技集團六院副院長欒希亭介紹，長征七號使用了6臺120噸液氧煤油發(fā)動機。具備近地軌道13.5噸的運載能力，是現(xiàn)役火箭的1.5倍。與常規(guī)發(fā)動機相比，液氧煤油發(fā)動機具備四大特點：

　　一是技術(shù)先進。采用了世界上最先進的高壓補燃循環(huán)系統(tǒng)，提高了發(fā)動機的性能。

　　二是綠色環(huán)保。氧和煤油燃燒后主要產(chǎn)生水和二氧化碳，清潔環(huán)保，價格比較低廉。常規(guī)推進劑有毒，且具有腐蝕性。每次發(fā)射，推進劑費用比現(xiàn)役火箭節(jié)約上千萬元。

　　三是重復(fù)試車。因為推進劑的腐蝕性等原因，常規(guī)發(fā)動機只要一試車就報廢。液氧煤油發(fā)動機在地面可重復(fù)試車，重復(fù)點火。大大提高了火箭飛行的可靠性及性能。

　　四是精準(zhǔn)可調(diào)。調(diào)節(jié)精度更高，如同自動擋的汽車，可以實現(xiàn)無級變速。

　　據(jù)了解，發(fā)動機通過推力調(diào)節(jié)，可以有效降低火箭飛行中的加速度，提高航天員的舒適度，降低對航天員的體能要求。未來，普通百姓也許不用經(jīng)過復(fù)雜嚴(yán)苛的體能訓(xùn)練，也有望“舒舒服服”地遨游太空。

　　研制渦輪泵 驗證試驗上千次

　　研制液氧煤油發(fā)動機最大的難點在于閉式循環(huán)系統(tǒng)。航天六院11所液氧煤油發(fā)動機研究室主任徐浩海解釋，由于是閉式循環(huán)，發(fā)動機燃燒室的室壓特別高，比常規(guī)發(fā)動機提高了100個大氣壓；高壓補燃主要是通過渦輪泵的旋轉(zhuǎn)增壓，渦輪泵的揚程最高達500個大氣壓，“相當(dāng)于能把黃浦江的水打到青藏高原”。

　　渦輪泵需要的工作時長是數(shù)百秒，但第一臺渦輪泵首次試車僅運轉(zhuǎn)了不到20秒。經(jīng)過7次重大故障，驗證試驗上千次，直到第8年才達到設(shè)計目標(biāo)——渦輪泵持續(xù)工作數(shù)千秒，是實際工作時長的10倍。

　　航天六院7103廠副總工程師張和平介紹，液氧煤油發(fā)動機推力大、轉(zhuǎn)速高，所以必須有高強度的結(jié)構(gòu)。以發(fā)動機的推力室為例，數(shù)千度的高溫燃氣，必須保證不破壞推力室結(jié)構(gòu)。所以他們使用了高溫合金、高強度不銹鋼、納米涂層等近50種新材料。

　　單機試車 相當(dāng)于2.8級地震

　　液氧煤油發(fā)動機的試驗區(qū)位于秦嶺山區(qū)，擁有亞洲最大的火箭發(fā)動機試車臺。航天六院165所液氧煤油試驗區(qū)試車指揮員張志濤介紹，試驗區(qū)相當(dāng)于一個小型火箭發(fā)射場。“發(fā)動機所有在火箭上的運轉(zhuǎn)過程都能在試車臺上重現(xiàn)，唯一的不同是火箭能夠升空，而試驗時的發(fā)動機是被定架約束在試車臺上。”

　　“一個單機發(fā)動機在山坳里試車，產(chǎn)生的振動相當(dāng)于2.8級地震。”張志濤說，“發(fā)動機點火時的轟鳴聲，相當(dāng)于十萬人同時在吼。”試車臺最多能實現(xiàn)兩臺120噸發(fā)動機并聯(lián)試驗，測量發(fā)動機是否能夠同時平穩(wěn)點火啟動。“任何兩個發(fā)動機的推力都不可能一模一樣，如果推力相差稍微大一點，火箭升空時直接就會歪掉，那么設(shè)計時就要考慮如何平衡推力。”試車臺還可以試驗發(fā)動機在極限環(huán)境下能夠承受的苛刻條件，判斷其是否還能夠穩(wěn)定工作。

　　首次爆炸 燒穿十幾毫米厚鋼板

　　“那幾年連續(xù)發(fā)生了好幾次爆炸。”徐浩海還記得，第一次發(fā)動機試車，從啟動到爆炸不到3秒鐘。“按下開關(guān)的瞬間，眼前已是一通火光，十幾毫米厚的鋼板立馬就被燒穿。”因為加工困難，花了整整一年，第一臺產(chǎn)品就像獨生子，做得跟工藝品一樣。爆炸后大家心情非常沉重。

　　2001年，液氧煤油發(fā)動機進行了4次整機試車，4次都失敗。“一秒鐘就燒掉數(shù)百公斤推進劑，一次試車成本上千萬元。”欒希亭回憶，每當(dāng)試車點火倒計時，手心里都是一把汗，甚至有的人在試車頭一晚睡不著覺。

　　“發(fā)動機一出問題，爆炸了就啥都沒了。”徐浩海和同事們只能從爆炸碎片中分析故障。有個閥門問題的實驗，他們連續(xù)做了100多次，白天做實驗，晚上就分析數(shù)據(jù)、裝配產(chǎn)品，七天七夜；最長的一次，約300人在廠里住了整整3個月。