您的位置 首頁 >> IT

液氧甲烷發動機:火箭發動機里的“經濟適用男”

來源:生活匯 時間:2019年06月25日

  液氧甲烷發動機:火箭發動機里的“經濟適用男”

  近日,我國首臺80噸液氧甲烷發動機——“天鵲”(TQ-12)20秒試車成功,這是繼美國SpaceX的猛禽發動機、藍sè起源的BE-4發動機之后,由我國商業航天企業藍箭航天完成整機試車的世界第三臺大推力液氧甲烷火箭發動機。

  讓噸級甚至百噸級的物體脫離地球引力,火箭發動機必須自帶巨大bào發力,還必須不被bào炸所波及。為什么液氧甲烷發動機的試車成功意義重大?它與目前火箭使用的主流燃料相比又有哪些特點呢?

  實力擔當,大推力滿足星座布局

  “商業企業的低軌衛星系統組建,正在進入批量發shè階段,它必然需要中型火箭來實現更加快速、更加經濟的發shè保障。”藍箭航天CEO張昌武認為,市場需求正在倒bī“一箭多星”成為常態。

  液體燃料擁有比固體燃料更大的推力潛力。因此相較于固體燃料火箭而言,液體燃料火箭能托起更多的衛星,更實際的問題是,衛星的實際重量經常會比預期的重,這也要求火箭有大范圍的承載能力。

  液氧甲烷火箭發動機以甲烷為推進劑,液氧為助燃劑,二者以一定的比例霧化后進入燃燒室,充分燃燒后釋放巨大的推動力,推動火箭升空。比沖高于固體燃料火箭發動機。比沖是用于衡量火箭或飛機發動機效率的重要物理參數,比沖越高代表相同質量的燃料產生的動量越大。

  此外,液氧甲烷火箭發動機之所以是“一箭多星”主角的實力擔當,還因為它能夠完成多次啟動的任務。固體燃料發動機一旦啟動,中途停止燃燒非常困難,一般一直會燃燒到所有的推進劑燒光為止,而液體燃料火箭可通過關閉閥門停止推進劑的流入,從而關閉發動機。張昌武說:“不同軌道的多星布軌,需要在軌具備多次啟動的功能,將衛星布入不同軌道,液體燃料火箭具備這樣的能力。而固體燃料發動機,無法進行多次啟動,只適用提供短期大推力,例如用于起飛階段的助推。”

  張昌武解釋,裝配液氧甲烷發動機的“朱雀二號”火箭,其低軌運載能力將在4到5噸之間,可以滿足批量發shè的需求。如果衛星的重量在300到500公斤之間,將實現一次10星到20星的發shè,這將大大滿足國內星座建設的要求。

  它的實力還在后續的開發中不斷增長。“目前采用的燃料循環方式仍可以進一步優化,此外發動機本身如果采用新材料和新工藝替代的話,自重至少能減30%,這也將大大增加火箭的承載力。”型號設計總師祖成說。

  擺脫積碳,奠定可復用基礎

  液體火箭發動機大家族除了液氧甲烷發動機之外,還有液氧液氫發動機和液氧煤油發動機。如果液氧液氫發動機是“白富美”,液氧煤油發動機是“黑鐵牛”,那么液氧甲烷發動機堪稱“經適男”。

  液氧煤油發動機中,液氧是助燃劑,煤油是推力劑。煤油的碳鏈較長,碳元素的占比大大高于甲烷,因此其燃燒非常容易積碳結焦。“這其實很好理解,以前燒煤油會冒黑煙,而燒天然氣就是純凈的藍sè火焰。”相關專家解釋。

  由于燃燒后幾乎可以做到“了無痕跡”的優點,液氧甲烷發動機天然成為可重復使用發動機的潛力股。“我們6天內進行了4次試車,這對于傳統燃料發動機來說頻率算比較高了。”祖成說,而且這是使用同一臺發動機,無需拆解、重新準備。

  除此之外,液氧甲烷發動機的技術門檻也遠遠低于液氧液氫發動機。與比沖zuì高的液氧液氫發動機相比,液氧甲烷發動機設計難度小。藍箭航天動力研發部推力室負責人袁宇將其歸結為甲烷好“馴服”,而液氫密度太低,要將其壓縮需要極大轉速的壓力泵,才能讓它完成充分混合。“在氫氧發動機里面有兩個泵,一個氫泵,一個氧泵,燃氣發動機出來的燃氣有80%的功率要給氫泵。”袁宇說,此外,液氧液氫發動機貯存燃料箱的工藝難度也大,液氫-253℃,液氧-182℃,兩者溫度差距大要做隔熱,而液氧和甲烷的溫度相近,工藝難度大大降低。

  綜合對比來講,無論是從成本出發還是從目標任務出發,液氧甲烷發動機將大大降低火箭的發shè成本,讓平凡人觸摸太空的夢想越來越近。

友情鏈接+
北京pk10每天开到几点