YF-100火箭發動機

除了作為主發動機的YF-100和YF-77發動機,我國還為新一代運載火箭研製了YF-75D膨脹循環氫氧發動機和YF-115液氧煤油發動機。 長征5號新一代運載火箭中長征5號火箭芯級為5米直徑火箭模組,使用2台YF-77氫氧發動機,加滿推進劑後的質量約175噸。 基本構型為二級設計,一、二級均是3.35米模組,一級採用2台YF-100發動機,二級採用2台YF-115發動機,低軌發射能力4.5噸。

簡介

YF100火箭發動機是我國新一代運載火箭(即長征五號)的主要動力之一(另有YF77液氫/液氧火箭發動機)。
這是一種液氧煤油分級燃燒循環火箭發動機,是我國1990年代中期研發的八十五噸推力發動機的挖潛型。它採用先進的富氧預燃分級燃燒循環,有主渦輪泵兩台,其中氧泵為單級,煤油泵為兩級,均為預燃室富氧燃氣驅動。有預壓泵兩台,其中煤油預壓泵由主煤油泵一級高壓煤油分出一支驅動,驅動後介質進入低壓煤油主流,液氧預壓泵富氧燃氣驅動,驅動後介質亦進入低壓液氧主流(這與蘇/俄RD170高性能發動機相同)。總體而言,其整個動力循環相當先進。
其最大真空推力達140噸,真空比沖達337秒,可以65%節流以調節推力。

YF-100、YF-77、YF-75D、YF-115

YF-100發動機是我國航天推進技術院研製的高壓補燃液氧煤油火箭發動機,發動機地面推力達到了120噸,地面比沖高達300秒,其性能達到了國際液氧煤油發動機的先進水平。YF-100發動機自2006年起已經順利完成了多次600秒長程試車,而發動機在火箭上的工作時間不過是150秒左右,其可靠性已經得到了充分的驗證。YF-100發動機還在2010年和2012年分別實現了雙機單擺和雙機雙擺試車,這也分別是長征5號助推器和長征7號芯級的YF-100發動機實際飛行狀態。從目前的訊息看,YF-100發動機的研製工作相對順利,試車時間已經超過了2萬秒,研製已經接近尾聲,性能也基本達到了設計指標。
相比之下YF-77液氫液氧發動機進度不太理想,研製工作中遇到了很多的問題。YF-77氫氧發動機地面推力約50噸真空推力約70噸,真空比沖約428秒,其性能縱向對比YF-75是巨大的進步,但橫向對比先進國家的大推力氫氧發動機則仍然落後很多。即使如此,由於我國之前只研製過真空推力78千牛的YF-75氫氧發動機,加上YF-77發動機沒有原型可以借鑑,尤其是我國缺乏大推力氫氧發動機的研製和工程經驗,其研製難度要大得多。目前為止YF-77發動機進行了多次500秒長程試車,其長程試車時間已經超過了火箭飛行時發動機的實際工作時間,但考慮到發動機試車過程中暴露出來的諸多問題,完成研製工作仍有待時日。
除了作為主發動機的YF-100和YF-77發動機,我國還為新一代運載火箭研製了YF-75D膨脹循環氫氧發動機和YF-115液氧煤油發動機。從目前的報導看,YF-75D發動機性能現有的YF-75發動機相近,均為真空推力約80千牛和真空比沖約440秒,但可靠性有了很大提高,還可能具備更多的啟動次數,用於長征5號火箭的上面級。YF-115則是小推力的高壓補燃液氧煤油發動機,真空推力18噸用於長征6號和長征7號火箭的第二級。
長征5號火箭根據任務需要進行靈活配置的示意圖:以構型A為基準,A發射步轉移軌道衛星時,需要增加一個上面級;而進行近地軌道極限載重發射時,則將所有助推器更換為3.35米直徑型。

長征5號

新一代運載火箭中長征5號火箭芯級為5米直徑火箭模組,使用2台YF-77氫氧發動機,加滿推進劑後的質量約175噸。由於芯級本身的推力小於自重無法獨立使用,因此長征5號所有型號必須捆綁4個助推器,而助推器有2種,包括採用1台YF-100發動機的2.25米模組和採用2台YF-100發動機的3.35米模組。長征5號在發射地球同步轉移軌道衛星時,還需要採用二級半設計,增加了使用2台YF-75D發動機的上面級。

長征7號

由於長征5號運載能力最小的構型,其運載能力也達到低地球軌道10噸的水平,對不少發射任務來說仍是極大的浪費,所以還需要推力較小的運載火箭,這就是長征7號。
長征7號的芯級為3.35米模組,共有5種不同的構型。基本構型為二級設計,一、二級均是3.35米模組,一級採用2台YF-100發動機,二級採用2台YF-115發動機,低軌發射能力4.5噸。通過捆綁2個或4個2.25米模組助推器,長征七號就可以獲得2種推力更大的構型,低軌發射能力分別為9噸和15噸。而在此基礎上再增加第三級——採用2台YF-75D發動機的5米模組,又獲得2種用於發射地球同步軌道衛星的構型,發射能力分別為3噸和6噸。
從發射能力來看,長征7號才是目前現役長征2號、長征3號和長征4號系列火箭的替代者,可以用於發射現有的東方紅4號通訊衛星、北斗二代導航衛星、神舟飛船和未來的貨運飛船等。2010年長征七號火箭立項,2011年底已經通過初樣階段評審,全面進入初樣研製階段。

長征6號

長征6號火箭使用3.35米直徑的第一級和2.25米直徑的二、三級,其第一級仍然使用1台YF-100發動機,第二級使用1台YF-115發動機,第三級使用4台1000牛的過氧化氫/煤油發動機。長征6號的700千米高太陽同步軌道運載能力約為1噸,可以視為現有長征1號D的替代型號。另有報導稱長征6號火箭還可能捆綁小型固體助推器以增強運載能力,從而填補長征六號基本型號與長征七號基本型號之間的運力空白。據中國航天報訊,2009年9月長征6號火箭立項,目前已轉入初樣研製階段。

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