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YF-100火箭发动机

YF-100火箭发动机

中文名 YF-100火箭发动机
验收时间 2012年5月28日
研制单位 中国航天推进技术研究院
比冲(m/s) 2942（地面）/3286（真空）
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研制背景

俄罗斯RD-180火箭发动机俄罗斯RD-180火箭发动机从某种程度上说，探索太空的能力，取决于航天发动机的推力。中国长征系列运载火箭中发射近地轨道航天器的主力长征二号运载火箭成功发射中国的神舟号载人飞船，但其使用的液体火箭发动机是地面单台推力75吨左右的YF-20火箭发动机[4]，推力已经不能满足未来航天技术发展的需求[5]。

二十一世纪，国外新一代运载火箭开始投入使用。如美国洛克希德马丁公司的宇宙神5型运载火箭，一子级采用俄罗斯和美国联合研制的RD-180火箭发动机（液氧煤油发动机），最大推力高达423吨[6]，降低了1/4发射成本[7]。大推力火箭发动机的使用，极大的提高了运载火箭的性能并减低了使用成本。

这种形势下，中国研制新一代液体火箭发动机显得格外迫切。

技术性能

结构原理

YF-100火箭发动机模型YF-100火箭发动机模型YF-100是一种液氧煤油分级燃烧循环火箭发动机，它采用世界上先进的富氧预燃分级燃烧循环技术，采用自身启动，混合比和推力可调节，单涡轮泵布置[2]，可以为氧化剂贮箱增压提供热氧气，为伺服机构提供高压煤油作为动力源。有主涡轮泵两台，其中氧泵为单级，煤油泵为两级，均为预燃室富氧燃气驱动。有预压泵两台，其中煤油预压泵由主煤油泵一级高压煤油分出一支驱动，驱动后介质进入低压煤油主流，液氧预压泵富氧燃气驱动，驱动后介质亦进入低压液氧主流[2]（这与苏/俄RD-170高性能发动机相同）。

性能参数

项目 数值
地面推力(KN) 1199.19[8]或1223.5[9]
真空推力(KN) 1339.48[8]
地面比冲(m/s) 2942.0[8]
真空比冲(m/s) 3286.2[8]
室压(MPa) 18
氧化剂消耗量(Kg/s) 296.39[8]
燃烧剂消耗量(Kg/s) 113.31[8]
推进剂总流量(Kg/s) 409.70[8]
推进剂混合比 2.6[8]或2.7[9]（可调节）
喷管面积比 35
推力室喷口面积(m2) 1.406[8]

YF-100有双摆（长征六号芯级，长征七号芯级），单摆（长征五号3.35米助推器模块），不摆动（长征五号2.25米助推器模块）三种技术状态。

技术特点

项目 数值
地面推力(KN) 1199.19[8]或1223.5[9]
真空推力(KN) 1339.48[8]
地面比冲(m/s) 2942.0[8]
真空比冲(m/s) 3286.2[8]
室压(MPa) 18
氧化剂消耗量(Kg/s) 296.39[8]
燃烧剂消耗量(Kg/s) 113.31[8]
推进剂总流量(Kg/s) 409.70[8]
推进剂混合比 2.6[8]或2.7[9]（可调节）
喷管面积比 35
推力室喷口面积(m2) 1.406[8]

应用前景

与常规发动机相比，液氧煤油发动机具备诸多优点：

1、没有污染，液氧和煤油都是环保燃料，而且易于存贮和运输；[5]

2、经济，推进剂比常规发动机的便宜60%；[5]

3、可靠性高；[5]

YF-100还有其他的特点：

4、推力大，研制成功即成为中国推力最大的液体推进剂发动机；[9]

5、采用了世界上最先进的高压补燃循环系统；[5]

6、性能高，在最高压力、涡轮功率、推进剂流量等设计参数上，比中国现役主力发动机高出数倍。[5]

7、可重复使用，在台架试验阶段可以进行多次试车，而且试车后仍可用于发射，不必每次测试都报废一台昂贵的发动机；[7]

长征五号

YF-100主要用于中国新一代运载火箭，包括了长征五号、长征六号和长征七号。

长征六号

3.35/2.25米直径助推器模块3.35/2.25米直径助推器模块YF-100将被用于长征五号的3.35米直径助推器模块和2.25米直径助推器模块。

长征五号的3.35米直径助推器模块中包含两台YF-100发动机，其中一台可摆动；2.25米直径助推器模块包含一台YF-100发动机，不摆动。

长征七号

长征六号示意图长征六号示意图YF-100将被用于长征六号的芯级模块。

长征六号的芯一级模块由长征五号3.35米直径助推器模块改变而来，只包含单台YF-100发动机，发动机双摆。[10]

研发历程

长征七号示意图长征七号示意图YF-100将被用于长征七号的芯级和助推器模块。

长征七号的芯级模块也由长征五号3.35米直径助推器模块改变而来，包含两台YF-100发动机，发动机双摆。助推器模块和长征五号2.25米直径助推器模块相同，包含一台YF-100发动机。

研制历史

试车进程

中国航天动力部门很早就对新一代运载火箭的发动机进行了预研，二十世纪80年代中国张贵田院士就提出发展高压补燃液氧煤油发动机的设想，经过其努力863计划将液氧煤油发动机列入规划。1988年他率领队伍开始研究性试验，到1990年全面开展关键技术攻关，1990年从前苏联引进了2台RD-120高压补燃液氧煤油发动机进行原理研究，此后1995年进行全系统发动机试车。以此为基础中国开始开发国产YF-100高压补燃液氧煤油发动机，1998年动力部门取得涡轮泵联试的成功，为开展高压补燃液氧煤油发动机铺平了道路。[3]

2000年YF-100大推力液氧煤油发动机通过研制和技术保障条件国家立项。液氧煤油发动机刚开始进行的几次整机试车都失败了，外界也出现了质疑声。[5]

2001年10月转入初样研制阶段。

2003-2007年间YF-100的研制攻克了补燃循环自身启动技术难关，实现了发动机单摆总体结构布局的优化，主涡轮泵通过结构改进轴系运转平稳性和动密封可靠性得到提高，先后实现全系统额定工况不下台连续三次1200s和单次600s长程、变工况、摇摆试车成功的重大突破发动机技术状态基本趋于稳定。[11]

2005年12月转入试样阶段。

2012年5月28日，120吨级液氧煤油发动机项目通过国家国防科工局验收。[1]

研发意义

时间 研制阶段 试车时间（s） 备注
1998年[3] 863 涡轮泵联试成功
2002年5月16日[12] 首次整机试车
2005年1月5日 901首次考台试车
2005年3月5日 几百秒
2005年5月13日 初样 200
2005年10月30日[13] 初样 300 首次300秒长程摇摆整机试车
2005年12月27日[14] 初样 400 长程摇摆试车，并转入试样研制
2006年4月17日[15] 试样 400
2006年7月3日 试样 600 首次600秒摇摆试车
2007年9月12日 试样 400 双摇摆状态
2008年5月20日[16] 试样 500
2009年3月 试样 500 飞行状态
2009年3月21日 试样 300
2009年7月7日 试样 280 长程摇摆试车
2010年11月11日[17] 试样 双机并联飞行状态，首次双机联试
2010年11月23日 试样 双机并联摇摆试车（3.35米助推器工作状态）
2011年9月 试样 长程摇摆飞控验证试车
2011年[18] 试样 固定分机工艺验收试车
2012年1月15日 试样 首次双机双摆试车（长征七号芯级工作状态）
2012年2月8日 试样 双机双摆试车
2012年3月[19] 试样 长征六号一子级全系统、飞行状态发动机工艺验收试车
2012年7月29日[5] 600 极限工况热试车
2012年11月27日[20] 长征六号一子级首次动力系统试车
2013年8月[21] 500 发动机可靠性增长
2013年11月13日[22] 约3分钟 长征七号助推器动力系统试车
2013年12月17日[23] 约167 长征七号助推器第二次动力系统试验

注：截至2008年5月，YF-100累计试车时间达到17700秒；

截至2010年6月，YF-100共试车107次，累计26000余秒；

截至2011年9月，以3台发动机验收成功为标志，航天六院共研制120吨级基本型液氧煤油发动机数十台，累计试车超过32000秒；

截至2013年8月，YF-100试车已超过上百次，累计点火工作时间已超过40000秒。[21]

填补空白

时间 研制阶段 试车时间（s） 备注
1998年[3] 863 涡轮泵联试成功
2002年5月16日[12] 首次整机试车
2005年1月5日 901首次考台试车
2005年3月5日 几百秒
2005年5月13日 初样 200
2005年10月30日[13] 初样 300 首次300秒长程摇摆整机试车
2005年12月27日[14] 初样 400 长程摇摆试车，并转入试样研制
2006年4月17日[15] 试样 400
2006年7月3日 试样 600 首次600秒摇摆试车
2007年9月12日 试样 400 双摇摆状态
2008年5月20日[16] 试样 500
2009年3月 试样 500 飞行状态
2009年3月21日 试样 300
2009年7月7日 试样 280 长程摇摆试车
2010年11月11日[17] 试样 双机并联飞行状态，首次双机联试
2010年11月23日 试样 双机并联摇摆试车（3.35米助推器工作状态）
2011年9月 试样 长程摇摆飞控验证试车
2011年[18] 试样 固定分机工艺验收试车
2012年1月15日 试样 首次双机双摆试车（长征七号芯级工作状态）
2012年2月8日 试样 双机双摆试车
2012年3月[19] 试样 长征六号一子级全系统、飞行状态发动机工艺验收试车
2012年7月29日[5] 600 极限工况热试车
2012年11月27日[20] 长征六号一子级首次动力系统试车
2013年8月[21] 500 发动机可靠性增长
2013年11月13日[22] 约3分钟 长征七号助推器动力系统试车
2013年12月17日[23] 约167 长征七号助推器第二次动力系统试验

奠定基础

周边产业

120吨级液氧煤油发动机的研制成功是中国航天动力发展过程中的里程碑。[1]2012年5月28日YF-100的成功验收[1]，填补了中国高压补燃循环发动机的技术空白，缩短了中国液体火箭发动机技术水平与国外的差距，奠定了中国未来航天动力系统发展的技术基础，标志着中国成为继俄罗斯之后第二个完全掌握液氧煤油高压补燃循环液体火箭发动机核心技术的国家。[24]

总体评价

YF-100的研制成功为中国2014年实现长征五号火箭首飞以及进行后续载人航天和月球探测工程等打下坚实基础。[5]新一代运载火箭发动机的研制成功，加快了中国航天新旧更迭的步伐，也加快了中国由航天大国迈向航天强国的步伐。[5]它标志着中国新一代大中小型运载火箭一级发动机专项研制任务圆满结束，开始转入产品交付及可靠性增长阶段工作。[25]随着YF-100成功验收，中国新一代运载火箭液氧煤油发动机将使无毒环保推进系统在不远的将来正式进入中国航天发射领域。[25]

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