YF-77火箭发动机

YF-77火箭发动机

中文名 YF-77火箭发动机
研制单位 中国航天推进技术研究院
最大推力 510KN(地面)/700KN(真空)
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研制原因

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。

结构性能

结构

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)

性能

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。

技术特点

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]

产品应用

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。

研发历程

长征五号芯级模块长征五号芯级模块带有芯一级模块的CZ-5B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)

研制历史

试车记录

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。

研制意义

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。

总结

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

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