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YF-100液氧煤油发动机

   YF-100是为新一代运载火箭(CZ-5,Cz-6,CZ-7)配套研制的主动力发动机,是中国航天推进技术研究院(中国航天科技集团公司第六研究院)研制的拥有自主知识产权的中国第一代120吨级高压补燃(又称分级燃烧循环)液氧煤油火箭发动机。

目录

简介编辑本段

  YF-100于2000年立项,开始正式研制。该型火箭发动机是中国研制的第一代高压补燃液氧煤油发动机,采用自身启动,混合比和推力可调节,单涡轮泵布置 ,其性能达到了国际液氧煤油发动机的先进水平,是中国上世纪90年代中期研发的85吨推力发动机的挖潜型,其前身是90年代中国从前苏联获得的RD-120发动机。2000年YF-100通过中国国家立项,于2012年5月28日通过中华人民共和国国家国防科技工业局验收。

  YF-100有双摆状态(CZ-6芯级,CZ-7芯级),单摆(CZ-5 3.35米助推器模块),不摆动(CZ-5 2.25米模块)三种技术状态。

YF-100 大图YF-100 大图


技术参数编辑本段

YF-100技术参数  
  地面推力(KN)1200
  真空推力(KN)1340
  地面比冲(m/s)2942
  真空比冲(m/s)3286
  混合比2.6(可调节)
  室压(MPa)18
  煤油流量113.3
  液氧流量409.7
 喷管面积比35

研制进展编辑本段

研制历史

  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。

  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。

  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。

  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。

      2015年9月20日,YF-100随长征六号完成首次任务飞行。

     此后先后于2016年完成了长征七号、长征五号首飞任务飞行,验证了其可靠性。

YF-100发动机随长征六号完成了首飞

试车情况

 时间  阶段  试车时间  状态  
1998863  涡轮泵联试成功
2000立项    
2002年5月16日    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日初样300首次300秒长程摇摆整机试车
2005年12月27日初样400摇摆试车,转试样
2006年4月17日试样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18日试样  
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摇摆状态
2010年11月11日试样 双机并联飞行状态,首次双机联试
2010年11月23日试样 首次双机摇摆试车
2011年9月试样 长程摇摆飞控验证试车
2011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
2012年2月8日试样 双机双摆试车
2012年3月试样 CZ-6芯级全系统、飞行状态工艺验收试车圆满成功
2012年7月29日600极限工况热试车
2012年11月27日长征六号一子级首次动力系统试车
2013年8月500发动机可靠性增长
2013年11月13日约180长征七号助推器动力系统试车
2013年12月17日约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。

材料选用情况编辑本段

  GH4586--涡轮泵材料,γ‘相沉淀强化高温合金,由钢铁研究总院研究成功,宝钢特钢和东特抚顺特钢生产,已经稳定生产。
  GH202--推力室和高压燃气管路,由钢铁研究总院研制成功,东特抚顺特钢生产,已经稳定生产。

总体评价编辑本段

  从技术上说,YF-100液氧煤油发动机并不突出。YF-100发动机地面推力约120吨地面比冲约300秒,真空推力约136吨比冲约335秒,喷口直径约1.4米。[3]  YF-100火箭发动机的推力在高压补燃液氧煤油发动机中属于偏下水平,比苏联时代开发的RD-171/180/191都要小得多,比参照的原型RD-120发动机倒是高出50%以上。虽然燃烧室压力略低,但比冲上YF-100和先进液氧煤油发动机如RD-180/191处于伯仲之间,而且为了兼容3.35米和2.25米直径箭体的原因,无法改动喷管设计。总体技术上说YF-100的技术起点和水平档次较高,只是推力偏小。[3]  而且为了兼容3.35米和2.25米直径箭体的原因,无法改动喷管设计。自立项以来,YF-100早期虽然发生过试车事故,但进度还是很不错的,2005年完成300秒长程摇摆整机试车,2006年先后完成400秒试车和首次600秒长程摇摆试车。迄今为止,YF-100的总试车时间已经超过了2万秒。对比实际使用中仅工作160秒,YF-100液氧煤油发动机的可靠性已经得到了充分的检验。

  一台火箭发动机能将水抽到青藏高原,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机 长征五号起飞推力达1060吨,火箭离不开大推力。长征五号运载火箭立起来有20层楼高,起飞质量约878吨,要托举这么重的大家伙,需要大推力的发动机。

  目前,我国现役火箭发动机单台推力最大只有70吨左右,要想发射超大型航天器就远远不够。

  经过15年不懈攻关,8台全新研制的120吨液氧煤油发动机被装配在长征五号运载火箭的4个助推器上,4台全新研制的氢氧发动机在一级和二级火箭上各装配了两台。

  长征五号全箭起飞时总推力达1060吨,主要来自8台液氧煤油发动机。120吨液氧煤油发动机的威力到底有多大?专家打了个形象的比喻,120吨液氧煤油发动机产生的最高压强达500个大气压,相当于把上海黄浦江的水抽到5000米高度的青藏高原。

  中国航天科技集团公司六院副院长周利民表示,最初让研制团队备受打击的是,发动机样机研制出来后试车的结果,连着4次发动机试车,均遭失败,两次起动爆炸,两次燃气系统烧毁。经过近半年紧张艰苦的攻关,研制团队终于摸清了发动机试车失败的根源和发生爆炸的不同机理,通过仿真优化,选定最理想的启动方案和程序,发动机终于试车成功。

图片资料编辑本段

YF-100试车YF-100试车

 




 

YF-100试车 2009YF-100试车 2009

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