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安得长缨在手——我国首型大推力泵后摆高空液氧煤油发动机研制侧记
来源:西安航天动力研究所 | 发布时间:2018-07-18关闭此页

6月28日,我国首台百吨级大推力、高性能液氧煤油高空发动机试车获得圆满成功。76日、15日,发动机第二次、第三次试车报捷。三战三捷,验证了新型发动机的方案正确性、技术可行性,标志着我国大推力、高性能液氧煤油发动机技术在高空发动机领域获得重大突破,对大幅提高新一代运载火箭的运载能力、拓宽火箭型谱意义重大,为我国航天事业的进一步发展增添了新的动力。


20176月接到研制任务,到20186月实现首次整机热试车,我所研究设计团队交出了一份满意的答卷。在极度紧张的时间节点和全新技术攻关的双重考验面前,我所研究设计团队又经受了一次淬火般的磨砺……

面对巨大压力向前冲

大推力泵后摆液氧煤油高空发动机是我国新一代大运载火箭研制的奠基石。低入口压力起动是高空发动机绕不开的拦路虎和最大的技术瓶颈,同时也是可重复使用火箭必须攻下的堡垒。这是一项要在规定时间内把工作做到最好的任务!

面对巨大的压力,最好的办法就是:向前冲锋!

6月的西安,格外炎热,似乎还伴随着缕缕的焦灼。夜晚,研发大楼里的灯光,似乎也异常眩晕。

高强度长时间的加班并不是一项挑战,真正的挑战是在时间节点的倒推下,把每一项工作做细,把每一个灵感谨慎论证。发动机系统组深入研究低入口压力试车规律,提出起动加速系统设计原则。与国外发动机大流量、低压力驱动策略不同,设计师提出小流量、高压力策略,仿真与理论分析表明满足要求。

低入口压力起动面临的另外一个问题是点火,起动时序是高压补燃发动机最核心的技术之一,调整起动时序一直是一件慎之又慎之事。

要确定起动时序,一方面靠起动计算,另一方面靠以往的研制经验。起动计算仿真模型修正用了三四个月时间,通过几百上千次修正、迭代,才达到较为理想的模型仿真效果。2017年春节前夕,仿真模型还没有完全修正好,压力倍增,设计师在春节期间加班加点完成了工作。为了确定发动机起动程序,结合仿真计算和理论分析,继续夜以继日地开展分析、论证,负责该项技术攻关的一名设计师仅一个月就加班130个小时。

发动机起动过程仅仅两秒钟,它的完美表现却蕴含着许多人的默默付出、辛勤工作。

问题来了迎难上

发动机研制的又一个关键就是要使氧预压泵尽快起旋产生扬程,解决氧主泵汽蚀难题。国外在该技术攻关中,发动机试车曾发生3次爆炸。面对这一严峻考验,涡轮泵设计与系统设计、阀门设计以及试验人员携手攻关、步步为营,历经了一波三折  

挡在设计人员面前的第一:氧预压泵流阻与扬程特性试验。要获得流阻与扬程的连续曲线,直接数值计算缺乏验证,简单拓宽试验范围行不通。怎么办?任务切块、逻辑细分。繁琐的计算和校对时常让人蒙圈,滤去白日的焦急、沉淀夜色的清明,大家集思广益,最终获得了预期结果。

过了一关,又来一卡:氧预压泵液驱动结构如何设计?虽然前期的试验给氧预压泵的设计提供了重要参考,但面对起动过程的瞬时性,泵的性能能否满足?轴承能否正常工作……方案设计决定后期产品加工,决定研制成败,每一项风险和不确定性都要慎之又慎……

“兵来将挡,水来土掩,问题来了迎难而上!一件件零组件,一个个结构参数,一项项模拟验算……“试验成功了!从现场带回的消息,让正在准备茶话会的涡轮泵设计室的同志们欢呼雀跃。

“有异常……紧急关机!曲曲折折的研制路途终于要走完了,在进行最后的泵阀联合运转验证试验时,试验指令让人心弦紧绷。由于试验用工艺泵出现故障,试验无法继续了。缺乏试验数据,而试车又迫在眉睫。怎么办?开展周密的理论计算分析,不放过一丝可疑之处……

“起动爬升,过程平稳,数据正常,试车成功!近一年的氧预压泵研制圆满收官。

为整机试车吃下定心丸

起动加速阀是发动机最新研制的关键组件。一个全新的产品、全新的技术,须在半年内完成方案设计、工艺攻关和试验验证,参加整机热试车。

阀门设计室将任务作为最高优先级,安排精兵强将,开展加速前行!

查阅资料、方案论证、性能仿真、结构设计……一切均在加班加点中加速加速,再加速20天内完成了图样设计并下厂加工。一阵猛跑之后,首台起动加速阀经过攻关、调试,产品装试成功。接着,又立即投入到试验方案设计中。

首次研制,怎么考核?怎么实现动态边界条件……经过多轮次设计、讨论、模拟仿真之后,确定了各种试验方案。

但在进行关键功能性试验——动态启闭液流试验时,产品没有关闭动作……

“各组合件一定要试验充分,为整机试车吃下定心丸!副所长刘站国郑重地告诫大家。

设计师感到一种巨大的压力!冷静下来后,他们迅速采取措施:对试验系统和产品分别进行检查确认!经过一系检查确认,产品没有异常。设计师又进行产品试验参数复核、试验数据分析,同时试验系统也在加速改造。计算、评估,再计算、再评估……

“完美!可以开心地回家过年了!”2018年大年三十下午550分,动态关闭性能试验获得成功,大家比获得一笔丰厚的奖金还兴奋。

随后进行的液氧动作试验,成为研制是否成功的最后一个重要环节。大家的心悬着,液氧动作试验阀芯与阀座高速撞击会不会出现爆炸?此时距离整机热试车仅有5天时间了。天随人愿,起动加速阀液氧动作试验获得成功,大家的心飞腾了。

在一年的时间里,我所液氧煤油发动机研究设计团队大力协同、集智攻关,完成了发动机系统方案论证,关键组件论证及设计、工艺攻关,关键试验验证以及发动机生产和装配,成功实现了华丽转身,创造了又一个奇迹,竖起又一个研制历程的里程碑!

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