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關(guān)于YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵的系列重要論文與及未來改進(jìn)展望

 高涼陳君 2019-09-08

關(guān)于YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵的系列重要論文與及未來改進(jìn)展望

 

1,搜索到《火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵高速柔性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》一文。本文是哈工大的碩士學(xué)位論文,但寫作的時(shí)間非常之早,對了解YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的早期研發(fā)史有一定的幫助。

   
作者是夏德新,他也參與了YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的具體研制工作。

 

2,《氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高速氧渦輪泵轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性研究》一文也很重要。發(fā)表于《導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)》20055月,作者是國防科大的鄭繼坤、吳建軍。本文涉及到YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的氧泵為何選擇18000RPM轉(zhuǎn)速的原因說明。

 

3,《氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)氧渦輪泵可靠性預(yù)計(jì)》一文也非常有趣。此文的作者是鄭繼坤、李智勇。來自于京11所。此文發(fā)表于《真空與低溫》雜志,20118月。此文可以認(rèn)為是京11YF77研制團(tuán)隊(duì)對YF77氧泵故障分布概率的一次早期預(yù)估。

 

4,《氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵設(shè)計(jì)與流場計(jì)算》,北航的碩士論文,本文是早期YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵設(shè)計(jì)的第一手資料。作者唐飛。20059月到200712月的碩士學(xué)位論文。

    
以上這些重要論文全部在道客巴巴網(wǎng)站都可以完整地找得到。

 

上面的這些論文就說到,日本LE7氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)在早期階段就計(jì)劃要研制轉(zhuǎn)速高達(dá)46000RPM的氫泵。但在研制的過程中撞了南墻、吃了大虧之后才再退縮回來,改為搞轉(zhuǎn)速只有42000RPM的氫泵。

 

但即使如此,H2火箭的8號機(jī)還是在LE7發(fā)動(dòng)機(jī)的氫泵故障問題上造成了星箭俱毀的重大事故。

 

在鄭繼坤的《氫氧火箭發(fā)動(dòng)機(jī)高速氧渦輪泵轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性研究》一文中,這一部分的內(nèi)容非常重要。特此抄入進(jìn)來。

   
C,改變軸承內(nèi)徑對臨界轉(zhuǎn)速的影響。

    
增大渦輪端軸承內(nèi)徑,一階臨界轉(zhuǎn)速略有提高,二階臨界轉(zhuǎn)速略有下降;減小渦輪端軸承內(nèi)徑,一階臨界轉(zhuǎn)速略有下降,二階臨界轉(zhuǎn)速略有提高;減小泵端軸承內(nèi)徑,一階臨界轉(zhuǎn)速變化不大,二階臨界轉(zhuǎn)速下降較多。

    
YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵)軸系確定的18000RPM轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速與二階臨界轉(zhuǎn)速之間,遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速,軸系安全可靠性有保證。

    
(而YF77氧泵)一階臨界轉(zhuǎn)速為80828479RPM,一階應(yīng)變能為19.920.5%;二階臨界轉(zhuǎn)速為3465138785RPM?!?/span>

     
因此,從上面的這些重要信息來分析,YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵軸系的確還存在“增大、增粗(以增加軸系的強(qiáng)度)”的充足潛力空間。因?yàn)榧词?/span>YF77氧泵的軸系“適當(dāng)”增大、增粗之后也還能夠遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間。

     
而且根據(jù)此文來分析,今天YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵的轉(zhuǎn)速選擇確定在18000RPM的水平(而不是歐洲火神1、火神2氧泵的12000RPM13000RPM的水平),更多是在“隨機(jī)心態(tài)”下所作出的決定,當(dāng)時(shí)并沒有太多考慮其它的因素。

 

畢竟YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵的轉(zhuǎn)速無論是18000RPM還是12000RPM、13000RPM都已經(jīng)成功地遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速80828479RPM區(qū)間很遠(yuǎn)了。

 

而且中國早前研制成功的YF75上面級氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)的氧泵轉(zhuǎn)速就高達(dá)20000RPM,因此當(dāng)年YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的研制團(tuán)隊(duì)在確定氧泵的轉(zhuǎn)速為18000RPM時(shí),也自然覺得沒有“什么不妥”的。

 

當(dāng)然,隨著YF77氧泵軸系直徑的增大、增粗,未來一階臨界轉(zhuǎn)速肯定會呈現(xiàn)逐步上升的態(tài)勢。但那怕一階臨界轉(zhuǎn)速上升到10000RPM的區(qū)間,只要YF77氧泵的軸系轉(zhuǎn)速保持在1300014000RPM的轉(zhuǎn)速區(qū)間,也足以保持安全的運(yùn)行距離了。

   
當(dāng)年日本原始版的LE7發(fā)動(dòng)機(jī)的氫泵的轉(zhuǎn)速就高達(dá)46000RPM,結(jié)果在研制中吃了大虧之后,就主動(dòng)降低為42000RPM的水平了。因此,馬死落地行?,F(xiàn)在中國YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的氧泵轉(zhuǎn)速也真的有必要主動(dòng)進(jìn)行調(diào)低了。這也是當(dāng)前沒有辦法的辦法。

 

小結(jié),未來YF77發(fā)動(dòng)機(jī)氧泵可靠性增長的3個(gè)主要演進(jìn)發(fā)展方案。

    1
,僅僅“適當(dāng)”增大、增粗氧泵軸系的直徑。而氧泵轉(zhuǎn)速與及氧泵渦輪盤直徑大小等等都完全不變。

    
即小改方案。

    2
,“適當(dāng)”增大、增粗氧泵軸系的直徑,并主動(dòng)降低氧泵的轉(zhuǎn)速至1400015000RPM的區(qū)間。但氧泵渦輪盤的直徑依舊維持不變。

   
即中改方案,但這樣會造成YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與比沖都出現(xiàn)一定程度的下降。

    3
,完全重新設(shè)計(jì)YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的氧泵。

   
如增大、增粗氧泵軸系的直徑,將氧泵的轉(zhuǎn)速直接降低到1300014000RPM的區(qū)間,并且重新設(shè)計(jì)出全新的大流量、大直徑的YF77氧泵渦輪盤。

   
即大改方案。

   
而此一大改方案投資成本高、研發(fā)周期長。但大改成功之后YF77發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性與推力都將會有一個(gè)大幅度的提升。

 

如象歐洲人當(dāng)年的火神1演進(jìn)到火神2、日本人的LE7演進(jìn)到LE7A發(fā)動(dòng)機(jī)那樣,大改后的YF77A(暫時(shí)這樣定名)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力保守估計(jì)都會提升20%30%的區(qū)間。

 

YF77A發(fā)動(dòng)機(jī)的海平面推力將達(dá)到65噸、高空版推力將達(dá)到90噸的巨大程度。

 

    陳天(高涼陳君)

    

    201998

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