液氧甲烷发动机:火箭发动机里的“适用男”

2019年06月21日09:29  来历:日报
 
原标题:液氧甲烷发动机:火箭发动机里的“适用男”

近来,我国首台80吨液氧甲烷发动机——“天鹊”(TQ-12)20秒试车成功,这是继美国SpaceX的猛禽发动机、蓝色来历的BE-4发动机之后,由我国商业航天企业蓝箭航天完结整机试车的世界第三台大推力液氧甲烷火箭发动机。

让吨级乃至百吨级的物体脱离地球引力,火箭发动机有必要自带巨大爆发力,还有必要不被爆破所涉及。为什么液氧甲烷发动机的试车成功含义严重?它与现在火箭运用的干流燃料比较又有哪些特色呢?

实力担任,大推力满意星座布局

“商业企业的低轨卫星体系组成,正在进入批量发射阶段,它必定需求中型火箭来完结愈加速速、愈加的发射保证。”蓝箭航天CEO张昌武以为,市场需求正在倒逼“一箭多星”成为常态。

液体燃料拥有比固体燃料更大的推力潜力。因而相较于固体燃料火箭而言,液体燃料火箭能托起更多的卫星,更实践的问题是,卫星的实践分量常常会比预期的重,这也要求火箭有大范围的承载才能。

液氧甲烷火箭发动机以甲烷为推进剂,液氧为助燃剂,二者以必定的份额雾化后进入焚烧室,充沛焚烧后开释巨大的推进力,推进火箭升空。比冲高于固体燃料火箭发动机。比冲是用于衡量火箭或飞机发动机功率的重要物理参数,比冲越高代表相同质量的燃料发生的动量越大。

此外,液氧甲烷火箭发动机之所以是“一箭多星”主角的实力担任,还因为它能够完结屡次发动的使命。固体燃料发动机一旦发动,半途中止焚烧非常困难,一般一向会焚烧到一切的推进剂烧光中止,而液体燃料火箭可通过封闭阀门中止推进剂的流入,然后封闭发动机。张昌武说:“不同轨迹的多星布轨,需求在轨具有屡次发动的功用,将卫星布入不同轨迹,液体燃料火箭具有这样的才能。而固体燃料发动机,无法进行屡次发动,只适用供给短期大推力,例如用于起飞阶段的助推。”

张昌武解说,安装液氧甲烷发动机的“朱雀二号”火箭,其低轨运载才能将在4到5吨之间,能够满意批量发射的需求。假如卫星的分量在300到500公斤之间,将完结一次10星到20星的发射,这将大大满意国内星座建造的要求。

它的实力还在后续的开发中不断添加。“现在选用的燃料循环方法仍能够进一步优化,此外发动机自身假如选用新材料和新工艺代替的话,自重至少能减30%,这也将大大添加火箭的承载力。”类型规划总师祖成说。

脱节积碳,奠定可复用根底

液体火箭发动机大家族除了液氧甲烷发动机之外,还有液氧液氢发动机和液氧火油发动机。假如液氧液氢发动机是“白富美”,液氧火油发动机是“黑铁牛”,那么液氧甲烷发动机可谓“经适男”。

液氧火油发动机中,液氧是助燃剂,火油是推力剂。火油的碳链较长,碳元素的占比大大高于甲烷,因而其焚烧非常简单积碳结焦。“这其实很好了解,曾经烧火油会冒黑烟,而烧天然气便是纯洁的蓝色火焰。”相关专家解说。

因为焚烧后简直能够做到“了无痕迹”的长处,液氧甲烷发动机天然成为可重复运用发动机的潜力股。“咱们6天内进行了4次试车,这关于传统燃料发动机来说频率算比较高了。”祖成说,并且这是运用同一台发动机,无需拆解、从头预备。

除此之外,液氧甲烷发动机的技能门槛也远远低于液氧液氢发动机。与比冲最高的液氧液氢发动机比较,液氧甲烷发动机规划难度小。蓝箭航天动力研发部推力室负责人袁宇将其归结为甲烷好“征服”,而液氢密度太低,要将其紧缩需求极大转速的压力泵,才能让它完结充沛混合。“在氢氧发动机里边有两个泵,一个氢泵,一个氧泵,燃气发动机出来的燃气有80%的功率要给氢泵。”袁宇说,此外,液氧液氢发动机储存燃料箱的工艺难度也大,液氢-253℃,液氧-182℃,两者温度距离大要做隔热,而液氧和甲烷的温度附近,工艺难度大大下降。

归纳比照来讲,无论是从本钱动身仍是从方针使命动身,液氧甲烷发动机将大大下降火箭的发射本钱,让平凡人接触太空的愿望越来越近。(记者 张佳星)

(责编:王艳、赵怡)
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