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針栓式噴註器試車成功

針栓式噴註器試車成功

藍箭航天液氧甲烷針式噴註器試車獲得圓滿成功,這也是國內第壹個通過充分熱試車驗證的液氧甲烷針栓式噴註器。

眾所周知,要成功研發壹枚可收回運載火箭,首先要具有壹型能夠大規模調節推力的火箭發起機,而針栓噴註技能,則是發起機實現深度變推力的核心技能之壹。

自從上世紀七十年代面世以來,針栓噴註技能壹向被廣泛應用於月球下降發起機上。SpaceX公司成立後,CTO 湯姆·穆勒將針栓式噴註器技能首次運用在運載火箭主發起機-梅林系列發起機上,這也是梅林發起機的主要立異之壹。10多年來,因為梅林發起機噴註器簡練的結構,傑出的焚燒穩定性,易於實現變推力,為Spacex獵鷹火箭屢次收回復用供給了強有力的動力支撐。

與傳統直流式及離心式噴註器比較,針栓式噴註用具有以下特色:

實現深度變推力,助力火箭收回

通過移動針栓,可同時改動氧化劑及燃料流通面積,穩定各工況下氧化劑及燃料噴註壓降,理論上可實現額定推力到零的變推力,為火箭可收回供給動力解決方案。

結構簡練,成本低

針栓式噴註器有由殼體、心筒、中心桿及平頭四個零件組成,而直流式及離心式噴註器噴嘴數量從幾十個到數百個,從而大幅下降成本。

傑出的焚燒穩定性

在公開資猜中,針栓式噴註器從未呈現焚燒不穩定性這壹發起機世界性難題。

將針栓式噴註器運用在液氧甲烷發起機上,也是藍箭航天的工程師們壹向在攻克的技能難題。可是,液氧甲烷針栓噴註器在國內歸於全新的領域,甲烷作業在超臨界狀況,類似於“液-汽”噴註,難度極大。

此外,在作業過程中甲烷溫度的升高,會導致密度從440kg/m3下降至20kg/m3,噴註速度從30m/s進步至140m/s,產品噴註霧化狀況會產生急劇改動,因此該參數挑選稍不合理焚燒功率較低,乃至產生燒蝕。

前期燒蝕狀況前期燒蝕狀況

通過藍箭工程師們的努力,終於攻克了種種困難,終究獲得了標誌性成果。本次試車,產品累計焚燒230s,其中長程試車200s,產品焚燒功率達97%以上,最大振動20g,試車過程中參數平滑,未產生燒蝕,達到工程實用水平。另外,本次試車還進行了燃料路超低噴註壓降(0.1MPa)試車,未產生焚燒不穩定現象,再次證明了針栓式噴註器傑出的焚燒穩定性。

試車後噴註器狀況試車後噴註器狀況

試車曲線試車曲線

本次試車成功標誌著:

藍箭航天在國內首先掌握了液氧甲烷發起機深度變推力核心技能,該技能可使天鵲發起機推力改動規模大幅擴展,為朱雀二號火箭可收回供給更優異的解決方案;

藍箭航天將該技能移植於天鵲80噸液氧甲烷發起機噴註器上,將大幅下降發起機成本;

該技能作為現有航天技能的有益彌補,為星球著陸下降級發起機供給了另壹種技能挑選。

科普小貼士

針栓噴註器——發起機深度變推力神器?

針栓式噴註器起源於壹些早期試驗室裝置,1960年,TRW開始研發針栓式噴註器,其設計專利直到1972年才公開宣布。在這以後40年間,TRW至少有60種發起機進行了熱試車,推力規模從22N到290t,其中最著名的發起機是阿波羅載人登月下降級發起機LMDE,其推力改動規模4.7t~0.47t。

與直流碰擊式、離心式噴註器不同的是,前兩種噴註器介質流通面積固定,推力變比的極限在2.5:1,規模再擴展低工況因為噴註壓降的下降,會呈現低頻不穩定焚燒;而針栓式噴註器可通過移動噴註器的部件,同時改動氧化劑及燃料的噴註面積,控制住各個工況燃料及氧化劑的噴註壓降,因此是深度變推力發起機噴註器技能方案的最佳挑選。

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