资讯首页   焦点新闻   国内新闻    国际新闻   产经新闻    深度解读    技术前沿   航天政策法规     视频    

我国液体火箭发动机发展之路——专访液体火箭发动机专家朱森元院士(上)

时间:2017年06月08日 信息来源:《中国航天》 点击: 【字体:

 朱森元,中国科学院院士。朱院士长期致力于液体火箭发动机的理论研究和研制工作,主持完成了液体火箭发动机冷却剂超临界传热计算方法和沸腾换热临界热流计算方法的研究,是我国液氢液氧火箭发动机技术的主要开拓者之一。朱院士在高科技航天领域大型运载火箭和天地往返运输系统的概念研究、火箭发动机及大型运载火箭方案论证等方面做了大量卓有成效的前瞻性工作,为我国航天事业的进一步发展做出了贡献。最近, 《中国航天》杂志记者对朱森元院士进行了专访。

 

 

 记者:您长期致力于液体火箭发动机的理论研究和研制工作。我国航天事业发展60年来,您和相关团队在液体火箭发动机领域取得了哪些重要成果?

 朱森元:在整个液体火箭发动机研制过程中,从基础理论研究到实际工程,取得了很多成果和收获。首先是解决了传热问题。当年我从苏联回来时,国内正在研制东风二号,研制中遇到了一些难题,其中主要的难题之一是燃烧室传热问题。每一次试车,发动机内壁都烧得非常厉害,于是提出了如何可靠地解决冷却问题。为此,十一所专门成立了传热研究组,重点解决冷却问题,包括如何选择冷却剂。根据当时的技术条件,由于燃烧室压力还不够高,无法进行超临界换热,我们分析很可能沸腾换热是需要重点研究的,于是针对沸腾换热原理,进行了基础理论研究和大量试验,得出了正确的结论,从而有效解决了发动机的冷却问题,在我国中程导弹和远程导弹上得到了很好的应用。我们在传热方面取得的成果,对提高火箭发动机的可靠性,缩短研制周期,都起到了重要作用,并沿用至今。

 第二项成果是我们的液体火箭发动机研制时间短,研制成本非常低。相同功率的发动机,我们的研制时间比国外降低了一个数量级。比如美国研制液氢液氧发动机,试车时间几十万秒,而我们只需要几万秒,原因在于我们的基础理论方面工作做得非常扎实,特别是处理不稳定燃烧、冷却、燃烧效率等方面,都有一系列理论成果来指导实践。另外,我们在国外经验教训的基础上做工作,消化吸收国外公布的研究成果,来为自己所用。

 第三项成果是解决氢氧发动机的高速旋转机械动力学问题。由于氢氧发动机的涡轮泵转速很高,每分钟达到3600065000转,在高度旋转过程中,轴的稳定性非常重要,旋转产生的次同步振动会引起发动机故障,使其结构被破坏,于是转子动力学问题成为我们遇到的一个困难。这在331工程攻关过程中表现得尤为突出。根据当时的情况,我们采取降低轴承的支撑刚性解决了这个难题,从而使次同步振动消失。这也是331工程中液体火箭发动机方面取得的最大成果之一。

 第四项成果是通过采取相关措施,使推力室无需冷却就能启动液氢液氧涡轮泵。长征三号甲和长征三号火箭发动机均采用这种方式,使火箭可靠性非常高。

 第五项成果是在解决不稳定燃烧方面有自己的独到之处。我们在研制长征五号运载火箭过程中,70吨级的氢氧发动机遇到了不稳定燃烧问题。我们按照声学原理,将氧喷嘴的长度缩短了,从而完全解决了不稳定燃烧问题,提高了可靠性。

 另外,在地面试车过程中,我们也遇到了一些难题。比如每次氢氧发动机试车后必须把储箱内的剩余液氢排放掉,但是排放过程中容易发生爆炸。在总结规律后,我们发现只要控制排放液氢管路中的马赫数,使其小于026,就能保证排放的安全。

 

 记者:上个世纪七八十年代您负责研制长征三号火箭发动机,遇到了“二次启动”等技术难关,您和研制团队是如何克服这些困难的?

 朱森元:在长征三号火箭发动机研制过程中,遇到了空中二次启动的技术难题。一次启动,我们能保证一定成功,但是无法保证二次启动能够成功。事实上,在长征三号火箭第一次发射时二次启动确实没有成功。为了保证能够得到空中第二次启动时发动机的状态参数,我们在事前就做了很多工作,使得地面雷达能够测到发动机二次启动参数。通过分析这些参数,我们最终解决了这一技术难题,因此在长征三号火箭第二次发射时取得了成功。


(作者:徐菁)
返回顶部