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500噸推力世界最大 中國固體火箭發動機試車成功

500噸推力整體式固體發動機(受訪者供圖)

(香港文匯報記者 劉凝哲)香港文匯報記者從中國航天科技集團四院獲悉,該院自主研製的世界上推力最大、沖質比最高,易使用的整體式固體火箭發動機在陝西地面熱試車獲得圓滿成功。該發動機直徑3.5米,裝藥量150噸,推力達500噸,綜合性能達到世界領先水平。據介紹,基於500噸推力整體式固體發動機,該院已開展直徑3.5米級分段發動機研究,最大推力將達到千噸以上,可應用於大型、重型運載火箭固體助推器中,以滿足中國空間裝備、載人登月、深空探索等航天活動的需求。

本次試驗也標誌着整體式固體發動機推力「120噸、200噸、500噸」三步走計劃全面實現,對豐富我國運載火箭動力型譜、提升快速進入空間能力意義重大。

據陝視新聞引述公開資料報道,此前世界上最先進的整體式固體火箭發動機為歐洲的P120C發動機,直徑為3.4米、推力400噸。本次試驗的高沖質比整體式固體火箭發動機直徑3.5米、推力500噸。

高沖質比可以簡單理解為用最小的重量產生最大的沖量。該型發動機是瞄準世界整體式固體發動機最高性能水平,研製的一款大推力、高性能、易使用的先進固體發動機,是當前我國乃至世界上一次澆注成型、具有工程應用意義的沖質比最高、推力最大的整體式固體火箭發動機。

500噸推力整體式固體發動機熱試車現場(受訪者供圖)

通過性能及工藝仿真確定結構

四院的專家表示,該型發動機採用了一系列先進技術。在設計上,針對大型發動機存在的燃燒、流動與熱結構等設計難題,創新地提出了新結構、新方法和新技術,並基於統一模型進行了50多種複雜工況的性能和工藝仿真,準確指導最終結構確定。

在工藝上針對大直徑殼體結構件加工,提出了小變形強時效工藝控制與成型技術,通過聯合採用人工時效、振動時效等多種技術,克服了大尺寸構件的變形難題。針對大直徑大型纖維纏繞成型複合材料殼體,創新地採用組合式金屬芯模、全程纏繞仿真、非熱壓釜成型等技術,解決了殼體直徑大幅增加帶來的纏繞「質量重、慣量大、滑移易、纏時長、補強難、固化欠」等多個難題。

針對發動機推進劑的澆注成型,攻克了適應長時間澆注的高力學、工藝性能推進劑及強適應襯層等配方技術,通過仿真模擬實際澆注過程的一系列工藝試驗,獲得了支撐澆注工藝制定的一系列寶貴參數。為控制澆注風險,從人機料法環五個方面提出了諸多工藝控制措施、制定了詳實預案。噴管作為發動機工作環境最惡劣的部件,面對高溫、高壓強、高流量考驗,設計和工藝人員創新地採用新型 C/C 喉襯技術,針對喉襯(固體火箭發動機噴管喉部內襯)開展了詳盡的性能測試,應用最新測量技術獲得了覆蓋常溫到高溫區間的80多項重要參數,成為四院有史以來測試數量最多、測試項目最廣、測試要求最全、測試難度最大的喉襯。

話你知|液體動力和固體動力

航天運載火箭分為液體火箭和固體火箭。首先,區分兩者主要看推進劑的形態。液體火箭採用液體推進劑,分別貯存在火箭的氧化劑箱和燃料箱內,工作時由輸送系統將它們送入發動機的燃燒室;固體火箭採用固體推進劑,就貯存在發動機燃燒室內,無需貯箱和輸送系統。這是固體火箭和液體火箭在箭體結構和動力裝置上的主要差別。

液體、固體動力有各自不同的特點。液體燃料發動機具有推力大運載能力強、可控性高等優點,但製作複雜,價格高昂,通常應用於航天運載火箭領域,例如我國新一代運載火箭採用的是低溫推進劑液氫、液氧,如長征五號、長征七號火箭,不過也有很大比例液體火箭使用的是常溫推進劑四氧化二氮和偏二甲肼,比如搭載神舟飛船的長征二號F火箭。

固體燃料發動機準備周期短、保存時間長、簡單便宜,安全可靠,易於轉場搬遷,但固體推動劑對環境有毒,很難安全地製造和操作,所以通常應用於導彈等軍事火箭中。

目前國際上的主要航天強國都是「固液並存」,部分火箭也採用了「固液混合」的方式。業界認為,兩種火箭各有特點,都有對方無法取代的優勢,只有兼顧才能滿足更多的任務要求。

編輯: 輕雲

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