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大推力氢氧发动机的“淬火”之路

2022-03-29 来源:中国航天报 浏览数:447

3月10日,大推力氢氧发动机完成520秒长程试车;3月21日,长征五号B遥四运载火箭最后一台大推力氢氧发动机完成校准试验。3月以来,大推力氢氧发动机的消息不断传来,预示着长征五号系列火箭开工在即。

 3月10日,大推力氢氧发动机完成520秒长程试车;3月21日,长征五号B遥四运载火箭最后一台大推力氢氧发动机完成校准试验。3月以来,大推力氢氧发动机的消息不断传来,预示着长征五号系列火箭开工在即。
 
位于北京市西南方向云岗地区的航天科技集团六院101所是我国最大的液体火箭发动机试验场区,大推力氢氧发动机在研制生产过程中,甚至是“临战”前,都要在这里进行试验,以验证其可靠性。
 
中国航天报记者来到101所,探访我国迄今推力最强的大推力氢氧发动机YF-77的“淬火”之路。
 
铁轨尽头是一座高耸的钢铁塔架,“中国航天”的标志悬挂正中间。塔架上半部分已经锈迹斑驳,下半部分是两扇经过涂装的大铁门。铁门向两侧缓缓打开,YF-77发动机的单机试车台呈现眼前。
 
101所运载试验技术事业部总经理刘瑞敏回忆,这里最早是东风二号导弹的全弹试验台,后来成为东风系列导弹和长征系列火箭的动力系统试验台。再后来,随着大推力氢氧发动机启动研制,这里经过一番改造,旧物利用,变身为YF-77的单机试车台。
 
这座YF-77发动机试车台是我国规模最大的氢氧发动机试验台,采用垂直塔架结构,最大承载能力达160吨,液氢供应能力达300立方米。今年3月份刚刚进行的两次试车均在这里进行。
 
101所运载试验技术事业部副主任王树光介绍,在这座试车台上,YF-77发动机要完成额定工况全程试验、发动机长程可靠性鉴定试验、发动机性能鉴定试验、发动机双向摇摆试验及相关的研究性试验等。
 
 
3月21日,长征五号B遥四运载火箭最后一台大推力氢氧发动机完成校准试验。(央视截图)
 
动力系统试验后,就去首飞。
 
YF-77发动机在完成单机试验考核验证后,需要和长征五号系列运载火箭的芯一级一起,进行动力系统试验,好比一次联合演练。试验场所也转移到了不远处的动力系统试验台。
 
相较于之前的单机试车台,动力系统试验台的规模更大,看起来也更加雄伟壮观。动力系统试验台于2012年建成,建成后即成为我国目前唯一的火箭动力系统试验台,代表了我国运载火箭动力系统试验台最高水准。
 
“通常来讲,新型号的火箭在首飞之前,火箭的各个模块都要进行1——2次动力系统试验,相当于对火箭芯级的整个动力系统模块进行考核。”王树光说。长征五号芯一级、芯二级、助推模块的动力系统试验均在这里完成。
 
虽然一型火箭进行动力系统试验的次数屈指可数,但这项试验对火箭而言至关重要,也是动力系统的“成人礼”。“经历过动力系统试验后,我们就可以放心地送它到发射场,去执行首飞任务了。”王树光说。
 
 
YF-77发动机试车台(赵聪 摄)
 
对于YF-77大推力氢氧发动机,有一个悲壮且励志的故事。2017年7月,长征五号遥二运载火箭发射失利,故障定位到YF-77发动机的氧涡轮泵。为了进一步找准病根、铲除病灶,发动机研制和试验方面决定对氧涡轮泵开一次“小灶”。
 
随后,101所对之前的一个试验工位进行了改造,诞生了针对YF-77发动机氧涡轮泵的专用试车台。这个试车台专门承担YF-77发动机氢氧燃发器与涡轮泵长程联动试验任务(简称长程泵联试),为其“开小灶”。
 
记者在这座专用试车台上看到了几乎“全裸露”状态的发动机,各种管路复杂排布、盘根错节,发动机的内部构造以最原始的样貌呈现在眼前。发动机被称为火箭的心脏,涡轮泵又被称为发动机的心脏。这座试验台要对长征五号系列运载火箭最核心的部位“单独补课”。
 
这座试车台上的一次次试验,帮助试验队员铲除了氧涡轮泵的病灶。随后,长征五号遥三火箭成功复飞,这座专用试车台功不可没。
 
记者了解到,当前,即便氧涡轮泵的病灶已经铲除,长征五号运载火箭也成功复飞,针对YF-77发动机氧涡轮泵的长程泵联试试验仍在进行,并且试验已经从50秒扩展到了750秒。50秒到750秒是一次跃升,YF-77大推力氢氧发动机氧涡轮泵的可靠性有了更具说服力的证明。
 
 
3月21日,试验队员正在进行发动机校准试验。(央视截图)
 
当前,大推力氢氧发动机仍要持续进行两种试验。
 
看看长征五号系列运载火箭的排班表,今年,它将两次执飞,由长征五号B火箭发射中国空间站的问天实验舱和梦天实验舱。
 
作为长征五号的心脏,大推力氢氧发动机YF-77无疑是天之骄子。任务量饱满,试验也不间断。
 
王树光介绍,当前针对YF-77发动机进行的试验主要有两种。一种是时长为500秒量级的长程试车。试验时间根据实际工作时长而定,需要覆盖实际飞行时长,长征五号发射时,芯一级发动机工作时长均在500秒内。
 
另一种是时长100秒的校准试验。通俗来讲,就是一台发动机在正式使用前,“先让它在地上走两步”,看看使用效果。“观众从电视上看到的每一台点火的大推力氢氧发动机,其实都是在这边点过火的。”
 
3月21日,长征五号B遥四运载火箭的大推力氢氧发动机完成校准试验后,交付给火箭总装。不久,它将乘船抵达文昌清澜港,为空间站梦天实验舱上天助一把关键之力。
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