輕質(zhì)高比沖1000N雙組元軌控發(fā)動機(jī)研制

劉曉偉，姚明明，李佳明，曹 晶，曲海軍

（西安航天動力研究所，陜西西安710100）

0 引言

為延長空間飛行器壽命和增加有效載荷，對姿軌控發(fā)動機(jī)真空比沖和結(jié)構(gòu)質(zhì)量提出了越來越高的要求。隨著新材料、新工藝和噴注器技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，國內(nèi)外液體雙組元軌控發(fā)動機(jī)技術(shù)性能均在不斷提高。歐美等西方發(fā)達(dá)國家研制的高性能空間發(fā)動機(jī)逐漸用錸/銥合金、鉑合金代替了鈮合金，從而為達(dá)到更高的比沖提供了保障[1-3]。最為典型的是美國Marquardt公司（現(xiàn)屬Aerojet公司）研制的R-4D系列445 N軌控發(fā)動機(jī)[4-8]。20世紀(jì) 60年代為載人登月研制的R-4D-7發(fā)動機(jī)真空比沖僅2 813 m/s，新研制的R-4D-16真空比沖已達(dá)到3 205 m/s，比沖提高了14%。由于采用新型錸-銥材料燃燒室和噴注器的精細(xì)化設(shè)計，R-4D-15 445 N軌控發(fā)動機(jī)燃燒效率高達(dá)99%。國內(nèi)高性能發(fā)動機(jī)技術(shù)也取得了較大進(jìn)展，國內(nèi)研制的第1代490 N遠(yuǎn)地點發(fā)動機(jī)1994年首飛，真空比沖為2 989 m/s；第2代490 N遠(yuǎn)地點發(fā)動機(jī)2012年首飛，真空比沖提高至3 087 m/s；正在研制的第3代490 N發(fā)動機(jī)設(shè)計真空比沖為3 165 m/s[9-10]。

1 000 N軌控發(fā)動機(jī)采用陶瓷基復(fù)合材料（Cf/SiC）身部。頭部為鈦合金材料，與陶瓷基復(fù)合材料身部采用獨特的陶瓷-金屬連接結(jié)構(gòu)。熱試車結(jié)果表明，1 000 N發(fā)動機(jī)燃燒效率不低于96%，真空比沖約3 169 m/s，長程試車后發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)完好。

1 發(fā)動機(jī)技術(shù)方案

1 000 N發(fā)動機(jī)采用NTO/MMH推進(jìn)劑，發(fā)動機(jī)由電動氣閥和推力室組成。推力室質(zhì)量≤2.5 kg，主要技術(shù)參數(shù)見表1。

1.1 噴注器

噴注器是發(fā)動機(jī)的核心部件，決定了發(fā)動機(jī)的燃燒效率、熱防護(hù)效果和燃燒穩(wěn)定性。常見的噴……