大量采用3D打印，中科宇航“玄鳶一號”20噸級液氧煤油火箭發(fā)動機長程試車成功

來源：中科宇航

2022年5月12日-15日期間，中科宇航自主研發(fā)的“玄鳶一號”20噸級液氧煤油火箭發(fā)動機通過長程試車考核圓滿成功。據(jù)悉，該火箭發(fā)動機的渦輪泵、推力室、氣瓶等關(guān)鍵組件大量采用了全3D打印技術(shù)，大幅提升了生產(chǎn)效率。

本臺發(fā)動機在試驗臺上先后經(jīng)歷了3次整機點火試車，三戰(zhàn)三捷。整機點火試車考核了發(fā)動機整機及各組件對長程工作的適應性，獲得了發(fā)動機在不同工況下的工作特性。系統(tǒng)的起動、點火等工作時序得到了進一步優(yōu)化并逐漸固化程序。此次試驗是玄鳶一號從原理性試車邁入工程性試車的重要里程碑，為確保亞軌道飛行液氧煤油探空火箭和百公里級亞軌道可重復使用技術(shù)驗證平臺任務(wù)奠定堅實基礎(chǔ)。

“玄鳶一號”火箭發(fā)動機為液氧煤油發(fā)動機，循環(huán)方式為燃氣發(fā)生器循環(huán)，起動方式為氣瓶起動，點火方式為TEA/TEB液體點火，成熟可靠。通過試車結(jié)果分析：單機層面，自主研發(fā)的推力室、渦輪泵、燃氣發(fā)生器、閥門和調(diào)節(jié)器安全可靠，無故障和失效，產(chǎn)品可靠；系統(tǒng)方面，發(fā)動機各項工作參數(shù)穩(wěn)定，不同工況下的參數(shù)符合設(shè)計指標要求，同時，本臺發(fā)動機實現(xiàn)了三次連續(xù)不下臺整機點火試驗，考驗了發(fā)動機的研制流程、可重復使用維護工藝技術(shù)，為實現(xiàn)多次起動技術(shù)積累了試驗數(shù)據(jù)，為實現(xiàn)可重復使用技術(shù)提供了有力的技術(shù)支撐。

該型發(fā)動機采用高壓氣起動、點火劑點火，使用方便，維護簡單；推力室通過采用隔板噴嘴一體化設(shè)計方案，突破了高效穩(wěn)定液液燃燒技術(shù)；與箭體對接的機架采用了榫卯式全機加結(jié)構(gòu)方案，解決了全焊接結(jié)構(gòu)變形大、加工工裝復雜、生產(chǎn)周期長的難點；渦輪泵、推力室、氣瓶等關(guān)鍵組件大量采用了全3D打印技術(shù)，大幅提升了生產(chǎn)效率；整機結(jié)構(gòu)采用了模塊化的總體布局方式，極大地提高了生產(chǎn)組織及裝配效率。通過大量的引入新技術(shù)、新工藝，立足于自主創(chuàng)新，逐步探索出了低成本、高可靠商用液體火箭發(fā)動機的設(shè)計、生產(chǎn)、試驗的研制及組織模式，為未來早日實現(xiàn)商業(yè)發(fā)射提供了強有力的支撐。

“玄鳶一號”發(fā)動機是國內(nèi)首款泵后擺低成本高可靠液氧煤油發(fā)動機，海平面推力13.5噸，具備60%到100%的推力調(diào)節(jié)能力，設(shè)計響應周期為0.2s, 具備3次起動能力，設(shè)計理念為“高可靠，低成本，快速迭代”，可年產(chǎn)100臺，作為小型運載火箭一級，中型運載火箭二級/三級，亞軌道飛行器等主動力，滿足液體火箭回收的需求。2022年6月-10月期間，將陸續(xù)開展100s\250s\500s可靠性試車，累計時長3000s, 2022年11-12月，將開展6次合計1500s聯(lián)合動力系統(tǒng)試車。

本次發(fā)動機長程試車的成功標志著“玄鳶一號”發(fā)動機全面進入了工程樣機研制階段，為2022年底即將首飛的亞軌道飛行液氧煤油探空火箭和2023年驗證的100公里級亞軌道可重復使用技術(shù)驗證平臺、2024年底首飛的液氧煤油二級入軌火箭的設(shè)計提供了設(shè)計支撐和研制基礎(chǔ)，同時也為后續(xù)亞軌道旅游、可回收液體火箭等重大任務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

西安中科宇航動力

西安中科宇航動力技術(shù)有限公司作為北京中科宇航探索技術(shù)有限公司的子公司，主要負責開展低成本液體發(fā)動機的研制工作，通過簡潔的設(shè)計方案、先進液體動力技術(shù)的繼承發(fā)揚、3D打印技術(shù)的成熟應用、優(yōu)質(zhì)供應鏈體系的構(gòu)建，提供高性價比的航天動力產(chǎn)品和技術(shù)服務(wù)。

“玄鳶一號”液體火箭發(fā)動機選用無毒無污染的液氧/ 煤油推進劑，采用燃氣發(fā)生器循環(huán)方案，具備多次起動、大范圍變工況的能力。通過成熟工業(yè)材料、標準件及3D打印技術(shù)的大量應用，降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期。該發(fā)動機作為小型運載火箭的一級、中型運載火箭的二級/三級、亞軌道飛行器的主動力使用，并可滿足液體火箭一級回收的需求。