九州云箭官方消息:2019年1月初,九州云箭“凌云”发动机(推力12吨)核心组件-同轴涡轮泵完成了低温介质试验考核,本次试验考核了涡轮泵转静件间隙的设计准确性,密封、轴承及轴向力设计的多工况适应性,获取了涡轮泵性能件的主要参数,试验过程中涡轮泵转速、压力、温度曲线平稳,试后对涡轮泵进行一系列检查结果正常,达到了试验考核目的。
本次试验意义非凡,凌云发动机涡轮泵是国内商业航天市场中设计制造并通过考核的第一台涡轮泵,这次试验的成功,结束了此前国内商业航天液体火箭发动机舞台上燃烧装置百花齐放,而始终无高速旋转机械登台亮相的局面。至此,九州云箭凌云发动机的全部主要组件:点火器、燃气发生器、推力室、涡轮泵以及主副系统阀门和推力调节装置均完成了组件级试验。
液体动力领域有这样一个普遍共识:“得发动机者得火箭,而得涡轮泵者得发动机”。涡轮泵作为液体火箭发动机的心脏,是发动机主要组合件中唯一一个高速旋转类机械,它肩负着将火箭贮箱中的低压推进剂进行增压,并实时输送给推力室和副系统燃烧产生燃气,推举运载器摆脱星球引力的重要任务。千万不要小瞧“增压”这一功能,要想实现发动机整机技术参数的优异表现,涡轮泵要在诸多严格的限制条件下完成增压任务,泵和涡轮入口温度压力的限制,流量的限制,重量的约束,再加上较为严酷的温度和振动环境,最终还要能够打出较高的扬程来,可以说,涡轮泵设计师就是“戴着镣铐起舞”的工匠。在严格的限制条件下,设计师必须要解决好泵、涡轮、转子动力学、密封、轴承、轴向力平衡、传热、结构静力/动力学、材料、制造工艺等等一系列问题,才有可能打造出一款好的涡轮泵。
凌云发动机涡轮泵在方案论证时便以商业航天发动机和商业运载业务为主打应用场景,在液氧/甲烷物性参数相对接近的前提下,综合考虑可靠性,成本,重量等因素,最终确立了同轴涡轮泵的大方案。相比于氧化剂/燃料双涡轮泵,同轴涡轮泵可以减少零组件数量,减轻涡轮泵重量,提高可靠性。凌云发动机采用液氧/甲烷的双低温推进剂组合,泵端温度低至零下190℃,涡轮端副系统的驱动燃气温度又高达700℃以上,在这样一个冰火两重天的环境里,涡轮泵以每分钟数万转的转速高速运行,不同材料在低温,高温以及大温度梯度下的物性变化,结构变化也是涡轮泵设计和制造过程中需要谨慎考虑并严格控制的。
为了尽可能减轻结构重量,在凌云发动机涡轮泵设计过程中,对内部每一个结构细节都进行了仔细推敲,并在已有经验的基础上进行创新,经过多轮迭代,最终将凌云这款1MW以上功率的涡轮泵结构重量控制在了31kg水平。涡轮泵的功率密度比达到了33kw/kg,这对于10t级发动机而言是一个非常难以达到的技术指标,在同等推力量级的情况下,涡轮泵功率密度的提高,可以显著降低发动机重量,提高客户运载系统的运载能力,这符合商业航天市场的需求。
一年来,九州人在商业运载液体发动机研制的道路上砥砺前行,九州云箭凌云发动机涡轮泵在2018年4月完成方案论证,5月底完成详细设计,6月完成工装工具设计,7月全面投产,11月涡轮泵产品齐套,12月初完成了涡轮泵装配。在完成介质试验后,这台涡轮泵将继续参加副系统联试以及发动机整机热试车,进一步考核涡轮泵对发动机深度变推力的适应性,以及各组合件的工作匹配性和可靠性。未来,九州人将继续继承发扬中国航天的奋斗与创新精神,埋头苦干,发挥所长,努力做一家服务于全球商业航天市场的液体动力公司,成为中国航天的有益补充,为人类探索太空做出中国贡献。
|