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大量采用3D打印,中科宇航“玄鳶一號”20噸級液氧煤油火箭發動機長程試車成功

本臺發動機在試驗臺上先后經歷了3次整機點火試車,三戰三捷。整機點火試車考核了發動機整機及各組件對長程工作的適應性,獲得了發動機在不同工況下的工作特性。系統的起動、點火等工作時序得到了進一步優化并逐漸固化程序。此次試驗是玄鳶一號從原理性試車邁入工程性試車的重要里程碑,為確保亞軌道飛行液氧煤油探空火箭和百公里級亞軌道可重復使用技術驗證平臺任務奠定堅實基礎。

“玄鳶一號”火箭發動機為液氧煤油發動機,循環方式為燃氣發生器循環,起動方式為氣瓶起動,點火方式為TEA/TEB液體點火,成熟可靠。通過試車結果分析:單機層面,自主研發的推力室、渦輪泵、燃氣發生器、閥門和調節器安全可靠,無故障和失效,產品可靠;系統方面,發動機各項工作參數穩定,不同工況下的參數符合設計指標要求,同時,本臺發動機實現了三次連續不下臺整機點火試驗,考驗了發動機的研制流程、可重復使用維護工藝技術,為實現多次起動技術積累了試驗數據,為實現可重復使用技術提供了有力的技術支撐。

該型發動機采用高壓氣起動、點火劑點火,使用方便,維護簡單;推力室通過采用隔板噴嘴一體化設計方案,突破了高效穩定液液燃燒技術;與箭體對接的機架采用了榫卯式全機加結構方案,解決了全焊接結構變形大、加工工裝復雜、生產周期長的難點;渦輪泵、推力室、氣瓶等關鍵組件大量采用了全3D打印技術,大幅提升了生產效率;整機結構采用了模塊化的總體布局方式,極大地提高了生產組織及裝配效率。通過大量的引入新技術、新工藝,立足于自主創新,逐步探索出了低成本、高可靠商用液體火箭發動機的設計、生產、試驗的研制及組織模式,為未來早日實現商業發射提供了強有力的支撐。

“玄鳶一號”發動機是國內首款泵后擺低成本高可靠液氧煤油發動機,海平面推力13.5噸,具備60%到100%的推力調節能力,設計響應周期為0.2s, 具備3次起動能力,設計理念為“高可靠,低成本,快速迭代”,可年產100臺,作為小型運載火箭一級,中型運載火箭二級/三級,亞軌道飛行器等主動力,滿足液體火箭回收的需求。2022年6月-10月期間,將陸續開展100s\250s\500s可靠性試車,累計時長3000s, 2022年11-12月,將開展6次合計1500s聯合動力系統試車。

本次發動機長程試車的成功標志著“玄鳶一號”發動機全面進入了工程樣機研制階段,為2022年底即將首飛的亞軌道飛行液氧煤油探空火箭和2023年驗證的100公里級亞軌道可重復使用技術驗證平臺、2024年底首飛的液氧煤油二級入軌火箭的設計提供了設計支撐和研制基礎,同時也為后續亞軌道旅游、可回收液體火箭等重大任務奠定了基礎。

“玄鳶一號”液體火箭發動機選用無毒無污染的液氧/ 煤油推進劑,采用燃氣發生器循環方案,具備多次起動、大范圍變工況的能力。通過成熟工業材料、標準件及3D打印技術的大量應用,降低生產成本、縮短生產周期。該發動機作為小型運載火箭的一級、中型運載火箭的二級/三級、亞軌道飛行器的主動力使用,并可滿足液體火箭一級回收的需求。

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