日前,中關村示範區企業藍箭航天空間科技股份有限公司成功完成了液氧甲烷針式噴注器試車,這是國內第一個通過充分熱試車驗證的液氧甲烷針栓式噴注器。
要成功研發一枚可回收運載火箭
首先要擁有一型
可以大範圍調節推力的火箭發動機
而針栓噴注技術
則是發動機實現深度變推力的核心技術之一
與傳統直流式及離心式噴注器相比,針栓式噴注器具有以下特點:
(1)實現深度變推力,助力火箭回收
通過移動針栓,可同時改變氧化劑及燃料流通面積,穩定各工況下氧化劑及燃料噴注壓降,理論上可實現額定推力到零的變推力,為火箭可回收提供動力解決方案。
(2)結構簡潔,成本低
針栓式噴注器有由殼體、心筒、中心杆及平頭四個零件組成,而直流式及離心式噴注器噴嘴數量從幾十個到數百個,從而大幅降低成本。
(3)良好的燃燒穩定性
在公開資料中,針栓式噴注器從未出現燃燒不穩定性這一發動機世界性難題。
將針栓式噴注器運用在液氧甲烷發動機上,一直是藍箭航天努力攻克的技術難題。但是,液氧甲烷針栓噴注器在國內屬於全新的領域,且甲烷工作在超臨界狀態,類似於「液—汽」噴注,難度極大。
此外,在工作過程中甲烷溫度的升高,會導緻密度從每立方米440千克降低至20千克,噴注速度從每秒30米提高至140米,產品噴注霧化狀態會發生急劇改變,因此該參數選擇稍不合理就會導致燃燒效率較低,甚至發生燒蝕。
經過不懈努力,藍箭航天最終取得了標誌性成果。在本次試車過程中,累計點火230s,其中長程試車200s,產品燃燒效率達97%以上,最大振動20g,試車過程中參數平滑,未發生燒蝕,達到工程實用水平。
另外,本次試車還進行了燃料路超低噴注壓降(0.1MPa)試車,未發生燃燒不穩定現象,再次證明了針栓式噴注器良好的燃燒穩定性。
本次試車成功標誌著藍箭航天在國內率先掌握了液氧甲烷發動機深度變推力核心技術,該技術可使天鵲發動機推力變化範圍大幅擴大,為朱雀二號火箭可回收提供更優秀的解決方案。藍箭航天計劃將該技術移植於天鵲80噸液氧甲烷發動機噴注器上,將大幅降低發動機成本。該技術作為現有航天技術的有益補充,為星球著陸下降級發動機提供了另一種技術選擇。