为了追赶世界先进水平,中国开始大推力氢氧发动机的研制工作。
随着空间技术和空间应用的发展,中国着手论证新一代运载火箭方案,逐步确立了具有“一个系列,两种发动机,三个模块”特点的新一代运载火箭方案,大推力氢氧发动机YF-77便是两种发动机中的一种。
为了顺中国应空间技术和空间应用的发展,为长征五号芯一级研制的YF-77火箭发动机于2001年开始立项研制。
YF-77采用燃气发生器循环,双涡轮分别驱动液氢泵和液氧泵工作方式。(详情请参阅燃气发生器循环条目)
项目 | 数值 |
---|---|
地面推力(KN) | 509.6[1] |
地面比冲(m/s) | 3040[1] |
真空推力(KN) | 699.5[1]或673[2] |
真空比冲 | 4178m/s[1]或438s[2] |
液氢流量(kg/s) | 25.8[1] |
液氧流量(kg/s) | 141.8[1] |
混合比 | 5.5[1]或5.45[2](可调节) |
推力室出口直径(m) | 1.446[1] |
YF-77具有混合比和推力调节功能,以提高火箭运载能力。
项目 | 数值 |
---|---|
地面推力(KN) | 509.6[1] |
地面比冲(m/s) | 3040[1] |
真空推力(KN) | 699.5[1]或673[2] |
真空比冲 | 4178m/s[1]或438s[2] |
液氢流量(kg/s) | 25.8[1] |
液氧流量(kg/s) | 141.8[1] |
混合比 | 5.5[1]或5.45[2](可调节) |
推力室出口直径(m) | 1.446[1] |
YF-77作为氢氧发动机,和其他常规发动机相比有以下特点:
1、高能,单位质量的液氧液氢反应放出的能量高于一般火箭推进剂;
2、零污染,氢氧燃烧产生的唯一物质是水,和推进剂一样都不是有毒有害物质;
3、推进剂超低温,液氢的沸点为-252℃,这样的低温给发动机工作带来挑战;
YF-77还有其它的特点:
4、大推力,是中国推力最大的氢氧火箭发动机。
长征五号芯级模块带有芯一级模块的CZ-5BYF-77将被用于长征五号火箭5米直径芯一级模块。芯一级模块包含两台YF-77发动机,发动机双摆。
伴随芯一级模块,YF-100将会被用于长征五号系列的所有火箭(构型A到F)。(详情请参阅长征五号词条)
作为新一代运载火箭芯级的液氢液氧发动机可算得上白手起家了。中国研究氢氧发动机开展得很早,1970年就开始第一台氢氧发动机YF-70的研制,但是由于基础工业落后和低温氢氧发动机的高难度,发展道路艰辛无比。真空推力约8吨的YF-75氢氧发动机是长征三号甲、乙、丙迄今为止的唯一可选的氢氧发动机。1994年2月3日日本H-II火箭首发射成功,标志着LE-7大推力氢氧发动机开始投入使用。为了追赶世界先进水平,上世纪90年代中国开始大推力氢氧发动机的研制工作,在缩比试验阶段也试图使用LE-7发动机一样的高压补燃循环(即分级燃烧循环)方式,当时规划的分级燃烧循环大推力氢氧发动机代号YF-78。此后不清楚是技术难度太大,还是欧空局火神和美国RS-68发动机采用燃气发生器循环的影响,中国大推力氢氧发动机最终采用了燃气发生器循环设计,地面推力50多吨,代号YF-77,于2001年正式立项。
2001年12月大推力氢氧发动机研制立项获得批复,发动机关键技术攻关全面展开。
但是2007年却遭遇了国内外罕见的重大技术障碍,先后四次试车结果不理想,直接影响到整个研制进展。研制人员在发动机推力室从强度分析、振动分析,以及产品结构设计等方面上进行了改进,效果不理想后又改用“一大四小”的改进方案:使用隔板喷嘴,改进推力室结构,提高面板连接强度。终于在2009年12月,发动机转入试样研制阶段,这标志着中国氢氧发动机的设计、生产、试验技术步入了新台阶。
时间 | 研制阶段 | 试车时长(s) | 备注 |
---|---|---|---|
2004年6月18日 | 首次全系统试车 | ||
2005年1月5日 | 初样 | 50 | 首次满工况整机热试车 |
2006年1月15日 | 初样 | 200 | |
2006年8月3日 | 500 | ||
2007年11月8日 | 500 | ||
2008年5月20日 | 500 | ||
2008年12月4日 | 500 | ||
2009年6月30日 | 500 | ||
2009年7月21日 | 500 | 极限工况 | |
2009年10月26日 | 大喷管摇摆状态,首次全特性、全角度摇摆热试车;累计8676秒 | ||
2009年11月 | 500 | ||
2009年12月 | 试样 | 500 | 2009年第9次长程试验,全系统大喷管长程试验 |
2012年5月16日 | 试样 | 520 | 此次试车为确定发动机首飞技术状态奠定了基础 |
2012年8月17日 | 500 | 标志着长征五号火箭首飞发动技术状态已经确定 | |
2019年8月12日 | 200 | 更换了新氧泵的YF-77试车 | |
2019年8月14日 | 500 | 更换了新氧泵的YF-77试车,原本出现的裂纹已消失,数据正常,为长征五号的复飞奠定基础 |
历经十年艰苦攻关,至2012年8月17日,YF-77发动机关键技术全部突破,累计试车22000秒。
时间 | 研制阶段 | 试车时长(s) | 备注 |
---|---|---|---|
2004年6月18日 | 首次全系统试车 | ||
2005年1月5日 | 初样 | 50 | 首次满工况整机热试车 |
2006年1月15日 | 初样 | 200 | |
2006年8月3日 | 500 | ||
2007年11月8日 | 500 | ||
2008年5月20日 | 500 | ||
2008年12月4日 | 500 | ||
2009年6月30日 | 500 | ||
2009年7月21日 | 500 | 极限工况 | |
2009年10月26日 | 大喷管摇摆状态,首次全特性、全角度摇摆热试车;累计8676秒 | ||
2009年11月 | 500 | ||
2009年12月 | 试样 | 500 | 2009年第9次长程试验,全系统大喷管长程试验 |
2012年5月16日 | 试样 | 520 | 此次试车为确定发动机首飞技术状态奠定了基础 |
2012年8月17日 | 500 | 标志着长征五号火箭首飞发动技术状态已经确定 | |
2019年8月12日 | 200 | 更换了新氧泵的YF-77试车 | |
2019年8月14日 | 500 | 更换了新氧泵的YF-77试车,原本出现的裂纹已消失,数据正常,为长征五号的复飞奠定基础 |