明年首飛!BE-4發動機技術難題已解決,最強液氧甲烷發動機投入生產

2020-11-25 騰訊網

近日，聯合發射聯盟(ULA)執行長託裡·布魯諾(Tory Bruno said )對外表示，BE-4火箭發動機中的與渦輪泵相關的一些問題已經解決。ULA將購買BE-4發動機，用於為其即將發射的半人馬火箭的第一級提供推力。

ULA成立於2006年12月，是由洛克希德馬丁公司和波音公司各出資50%成立的一家合資企業。ULA匯集了在該領域內最成功、經驗最為豐富的兩個團隊：洛克希德馬丁的 Atlas 和波音 的Delta，ULA的客戶主要有美國國防部、NASA以及其他組織。

BE-4發動機由藍色起源開發，這一項目自2011年開始，但直到2014年9月才公開宣布。這也是該公司第一臺使用液態氧和液態甲烷的發動機。

該發動機的動力組全尺寸版本早在2015年就已經開始測試，該動力組包括一組閥門和渦輪泵，可為噴射器和燃燒室提供適當的燃料(氧化劑混合物)。

截至2015年9月，藍色起源已經完成了BE-4若干元件的100多次開發試驗，這些試驗被用來證實理論模型預測的「噴油器性能、傳熱和燃燒穩定性，收集到的數據被用來改進發動機設計。

BE-4於2017年3月完成了組裝。第一次測試時的推力為設計值的50%。到2018年3月，BE-4發動機在65%設計推力下完成了114秒的測試 截至2018年9月，該發動機完成了數次超百秒測試，其中一次測試持續時間超過200秒。

去年，該發動機完成了100%推力測試，這意味著它在海平面的推力達到了240噸級。目前世界上只有兩款可用的液氧甲烷發動機：SpaceX的猛禽發動機和藍色起源的BE-4。

從指標來看，前者推力能達到200噸級，已經開始在星艦上測試，未來有可能升級為300噸級。而BE-4已經實現了240噸，說是世界第一也不為過。

BE-4的重量和比衝等規格一直未公布。從官方給出的圖片對比來看，我們推測該型號豎置高度至少在3.5米以上。結構方面，該發動機主要部件包括增壓泵、再冷卻推理組件、主要渦輪泵總成、富氧預燃室、噴嘴、旋轉啟動部件。

BE-4發動機(圖源：Blue Origin)

BE-4是一種非穩態燃燒發動機，帶有一個富氧預燃室和一個驅動燃料和氧氣泵的渦輪機。這種燃燒循環類似於目前在拉斯五號上使用的RD180發動機。RD180是由俄羅斯開發的大型發動機，取代它也是BE-4存在的理由之一。

因為使用甲烷推進劑，BE-4的推重比要比RD180低一些，不過這是甲烷的固有特性，因為甲烷密度只有煤油的一半。

根據目前已知的的一些信息來看，BE-4的全功率推力(海平面)為2.4MN(合244.73噸力)，燃燒室壓力為13.4兆帕，大大低於RD-180的26兆帕。該發動機的設計使用壽命為:100次發射和著陸，相比之下，RD-180隻能一次性使用。

今年7月，藍色起源向ULA交付了第一臺探路者BE-4發動機，ULA的CEO布魯諾宣布第二臺也即將交付。據了解，BE-4的首次飛行將用於2021年發射的新格倫火箭。

編譯/前瞻高端裝備研究組

資料來源：

https://en.wikipedia.org/wiki/BE-4

https://www.blueorigin.com/engines/be-4

https://arstechnica.com/science/2020/10/ula-chief-says-the-be-4-rocket-engines-turbopump-issues-are-resolved/

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