膨胀循环氢氧发动机：我国最先进上面级发动机

2016-11-21 中国航天科技集团六院

伴随着我国新一代运载火箭长征五号的首飞成功，我国新一代高性能上面级膨胀循环氢氧发动机登上了中国航天的历史舞台。

膨胀循环氢氧发动机单机试车

作为芯二级主动力发动机，它采用先进的闭式膨胀循环系统，且可以通过多次启动，助推火箭进入地球转移轨道。发动机工作时间近800秒，是国内工作时间最长的火箭主动力发动机。

长征五号的首飞成功，标志着我国上面级氢氧发动机达到了世界先进水平，实现了重大技术跨越。

它为何成为国际航天研究领域的“热点”

氢氧发动机无毒无污染，燃烧稳定，工作振动量级小，燃烧产物清洁，具有良好的可重复使用性。液氢在化学推进剂中性能最高，是当今世界航天运载器最先进的动力装置，也是航天技术先进性的标志之一。

膨胀循环氢氧发动机具有性能高、系统简单、可靠性高等特点。液氢和液氧燃烧获得的高比冲，比现有常规燃料发动机性能提高近50%。比冲，是发动机研制人员毕生追求的指标，体现化学能转化为动能的效率，直接反映发动机整体性能。而膨胀循环发动机比冲、混合比非常高，这直观地体现了发动机的高性能。

先进运载火箭上面级发动机采用氢氧膨胀循环发动机代表了世界各国新一代运载火箭的技术发展方向。

膨胀循环氢氧发动机单机试车

据查证，世界航天大国一直没有停止对膨胀循环发动机技术研究的步伐，其中美国在几十年的航天活动中，膨胀循环发动机一直在运载火箭上面级动力中占据主导地位，欧、俄、日等航天大国也纷纷研制各自的上面级膨胀循环氢氧发动机。

我国膨胀循环氢氧发动机的首飞成功，使我国成为继美国之后第二个将先进的闭式膨胀循环发动机投入使用的国家。

它的技术先进性究竟在哪？

此次参与首飞的膨胀循环氢氧发动机区别于传统燃气发生器循环发动机和补燃发动机，不存在燃气发生器以及预燃系统等，避免涡轮烧蚀，发动机固有可靠性高，并容易实现推力和混合比的调节，使用灵活。在工作过程中，其全部推进剂都能无损失地燃烧产生推力，性能高，也因此被业内称为“最优动力循环”。截至目前，该型发动机保持了连续30000秒试车成功的记录。

六院11所（京）膨胀循环氢氧发动机研制队伍

发动机在研制过程中，突破了超高转速氢涡轮泵技术、主动引射高空模拟试车技术等为代表的一批具有自主知识产权的先进成果。

发动机氢涡轮泵的额定转速高达65000转/分，是我国目前转速最高的氢涡轮泵。在超高转速氢涡轮泵的研制过程中先后攻克了超高速小通径多级氢泵技术、高效率反力式涡轮技术、超高速氢涡轮泵转子动力学设计、小通径钛合金构件精密铸造和粉末冶金成型技术、以及超高速高DN值超低温轴承技术等。

对于上面级发动机，工作在高空环境中，在地面试验时必须创造一个近似高空条件的环境，使发动机在这个环境中工作，从而进行其性能、起动特性等各种试验，被称为高空模拟试验。膨胀循环氢氧发动机为贮箱压力下自身起动，通过建立主动引射系统，对发动机的点火、起动段及主级段进行主动引射。主动引射系统为国内首次研发的大功率引射系统，该系统的研制成功，标志着我国的试验技术水平和能力上了一个台阶。

据悉，膨胀循环氢氧发动机从2003年开启预先研究，2006年进入正式研制阶段,2015年完成全部研制工作，2016年成功首飞。12年磨一剑，发动机成功首飞标志着我国已全面掌握了高性能氢氧膨胀循环发动机技术，有力提升了我国低温发动机设计、生产和试验能力，带动了我国材料工艺、发动机仿真技术等方面的发展，为后续研制更大推力和更高性能膨胀循环氢氧发动机奠定了基础。( 谭钏）