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潜力世界第一!YF130火箭发动机的衍生型甚至能推动万吨火箭

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  近日,我国为世界上最重的重型运载火箭长征九号一级准备的500吨级高压补燃液氧煤油火箭发动机(网友称其为YF130)成功完成全工况半系统试车。这种火箭发动机使用成本低廉、无毒、容易存储且安全性很高的煤油作为燃料,十分适合作为火箭的一级发动机。

  YF130全工况半系统试车现场图片

  

  高压补燃液氧煤油火箭发动机难度最大的部件是涡轮泵,此次YF130全工况半系统成功试车则标志着YF130的涡轮泵已经达到设计要求!

  这说明这款发动机距离研制成功仅一步之遥!接下来只需要将发动机喷管与全工况半系统试车部分组合就能开始进行整机全状态点火试车!事实上,早在去年初,我国的《宇航总体技术》杂志就透露过这款发动机已经具备试车条件。至于为什么还没试车呢?有新闻报道说试车台还没建好,旧的试车台满足不了如此推力级别的试车条件。

  《宇航总体技术》2020年第2期关于500吨级火箭发动机的进展介绍

  

  据报道,YF130真空推力为500吨左右,海平面推力480吨。从推力来讲,它确实称不上同类发动机世界第一,比不上前苏联研制的RD170(真空推力高达806吨)。然而,从技术角度来看,RD170却不如真空推力仅423.47吨的的RD180。这里要特别强调的是YF130关键指标(单室推力、整机推重比)比RD180还要强,堪称世界第一!

  很多人可能会有疑问?为何推力小了近一半的RD180技术含量反而比RD170技术更高呢?

  原来RD170采用双涡轮泵四燃烧室设计,而RD180采用的是单涡轮泵双燃烧室设计,相当于把RD170一分为二。那么从技术角度看,它们的推力差别就无关紧要了,反而是单个燃烧室、单个涡轮泵的各项指标才是体现技术高低的标准。根据参数对比发现。RD180单室推力堪称世界之最!正因为这款发动机实在太强了,美国人甚至数次想要仿制,却因难度太大均以失败告终。

  RD180高压补燃液氧煤油火箭发动机

  

  然而,随着YF130的诞生,RD180再强也只能屈居第二!从技术水准看,我国的YF130就是高压补燃液氧煤油发动机领域的世界之最!这款发动机是人类已知最强双室高压补燃液氧煤油发动机!

  这么说并非吹牛!数据分析会让你感到十分惊讶!

  根据国家航天局公布的YF130数据,这款火箭发动机采用双燃烧室设计,推力是YF100的4倍,海平面推力高达480吨!比冲比YF100提升3%,海平面比冲高达309秒!相比YF100,其推重比提升25%,也就是说YF130推重比高达80!

  前苏联也研制出一款号称神器的同级别高压补燃液氧煤油发动机RD180,海平面推力为390吨,同样采用双燃烧室设计。除了室压更大、比冲大2秒之外,RD180的总推力、单室推力、推重比、改进潜力均不如YF130!

  RD180、YF130、YF100三款高压补燃液氧煤油火箭发动机参数对比

  

  那么,YF130高压补燃液氧煤油火箭发动机到底有多牛呢?

  YF130是我国为长征9号运载火箭研制的第一级发动机,12台YF130发动机就能推动起飞重量高达4100吨的长征9号运载火箭,近地轨道运载能力高达140吨,能够将两辆99A型主战坦克同时送入太空还有余量!

  从技术角度来看,YF130不仅足够先进,而且改进潜力巨大!优点特别突出,主要体现在这三个方面:

  1、承前启后,系列化发展,避免重复建设。

  我们都知道YF100推力为120吨级,单喷管。若以YF130为基础,可衍生出单喷管240吨的发动机,在有需求的情况下可衍生出4喷口,推力为1000吨的超大推力发动机。

  海平面推力为120吨的YF100高压补燃液氧煤油火箭发动机

  

  以这款发动机为基础也只需研制出系列涡轮泵,就能研制出单喷管240吨、480吨级、960吨级系列高压补燃液氧煤油发动机。

  这样做有利于我国的火箭系列化,减少重复建设。

  当初有新闻报道说我国当时的试车台最大刚好只能满足500吨级发动机的试车需求。然而,事实上这点小问题还是次要的,实际上将目标定为500吨是为了承前启后。通过不同排列组合,仅这款发动机及其衍生型发动机就能满足推力从120吨级到6000吨级火箭的所有型谱需求。必要时甚至可以研制出起飞推力超10000吨的超级重型火箭,满足火星移民的需求。

  我国长征系列火箭模型图

  

  今后,一旦有需要,长征五号、长征七号以及计划中的921火箭等型号也可以将一级的YF100发动机换成YF130及其衍生出来的系列火箭发动机,大幅度减少发动机数量,提升整体可靠性和载荷系数。

  2、技术潜力问鼎同类世界第一!

  首先是YF130系列化发展潜力世界第一!

  前苏联曾经研制出当时世界上最大的高压补燃液氧煤油发动机RD170,后来俄罗斯在此基础上通过提升室压等方式将其推力提升至846吨(真空推力),并命名为RD171MV。这种发动机采用4个喷管,单喷管可产生211.5吨推力。若YF130能够产生500吨推力(真空推力),则单喷管可产生250吨推力,大于RD171MV单喷管推力。

  今后若有需求,YF130可以效仿RD170系列,开发出推力高达1000吨(海平面推力)的双涡轮四燃烧室超级火箭发动机,10台这种超级火箭发动机总推力就高达1万吨到时候别说登月,就是实施火星登入都是没问题的!

  仅从技术角度来看,这款YF130堪称世界第一!之前有新闻报道说我国曾想购买RD180火箭发动机,但对方担心我国仿制,就不愿意出售。如今,我国再也不用看对方脸色了,我们自己不仅能造出同类发动机,还能造得更好!

  推力达480吨的YF130发动机构造示意图

  

  其次是YF130室压偏低,改进提升潜力十分巨大!

  YF100的涡轮泵流量为409.7Kg,海平面推力1199.19KN(122.366吨),海平面比冲300秒,室压18MP。YF130的涡轮泵流量为1600Kg,海平面推力为480吨,海平面比冲却提升至309秒。虽然推力更小YF100,但YF130却是在其基础上研制出来的,两者有继承关系。根据上述参数对比也发现他们的差别很小,预计室压基本基本相同。即便按照同比例放大来测算,YF130的室压也不超过18.5MP,这个室压堪称十分保守。相比之下,前苏联研制的RD180室压高达25.7MP,比YF130高近39%!

  若今后我国将YF130的室压提升到RD180的水平,那么YF130改进型的真空推力将提升至694.6吨!

  通过分析我们发现,我国科学家的“胃口”并没有变小,反而是变大了!

  仅从参数分析来看,YF660方案本质上并没有被淘汰,而是采取降低室压的方式变成了如今的YF130!实际上YF130是一台“披着YF460”外衣的初级版“YF660”!这么做的好处是降低涡轮泵研制难度,以便降低这款发动机的研制风险。待YF130研制成功以后,若有需要,我们只需在此基础上提升改进涡轮泵性能,提升室压,就能造出比当初YF660更加牛逼的高压补燃液氧煤油发动机!

  若今后深空探测有需要,我们还可以基于推力达690吨以上的YF130改进型高压补燃液氧煤油发动机进一步研制出推力超1380吨的双涡轮四燃烧室的顶级液氧煤油高压补燃发动机!基于这种推力超1380吨的超强发动机,我们甚至可以研制出起飞重量超1.5万吨的超级巨无霸火箭,为我国开发火星提供可行的来回工具。

  中美两国重型运载火箭形象对比图

  

  目前不仅俄罗斯的同类发动机比不上,而且美国甚至缺少同类火箭发动机。

  由此可见我们的科学家雄心壮志有多么惊人!仅从方案设计论证来看,YF130这款发动机就足以满足未来至少50年的发展需求!不仅可以满足各种推力需求系列化发展需求,还预留了巨大的改进空间!可见我们的科学家论证出来的总体方案还是很科学合理的!

  难怪国家敢公开对外说长征9号运载火箭是为登月和登陆火星而准备的!如此看来,国家航天局的表态不仅没有吹牛而且还有点保守!这款发动机的顶级改进型号甚至足以支持我国建设火星基地,开发火星!

  对此,你怎么看?

  备注:图片来源于网络,侵删。

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