25 tf膨脹循環氫氧發動機研制進展

褚寶鑫，趙海龍，陳旭揚，龔杰峰

(北京航天動力研究所， 北京 100076)

0 引言

膨脹循環發動機具有性能高、結構簡單、可靠性高的特點，特別適用于高性能的可重復啟動上面級發動機。發動機驅動渦輪的工質是冷卻燃燒室和部分噴管的燃料，工質溫度低，驅動渦輪后可全部進入推力室產生推力。由于液氫是高能燃料和性能優良的冷卻劑，所以膨脹循環系統在低溫氫氧發動機上得到了較廣泛的實際應用。

20世紀和21世紀初，美國、俄羅斯、歐洲和日本均開展了不同推力量級膨脹循環氫氧發動機的研制：10 tf級推力的有美國RL-10系列、俄羅斯的RD-0146、日本的LE-5B；20 tf級推力的有歐洲的Vinci和美國的RL-60；100 tf級的有日本在研的LE-9發動機。這些發動機除了日本發動機采用了開式膨脹循環方式外，其余均采用了性能更高的閉式膨脹循環方式。閉式膨脹循環發動機中推力最大的是RL-60發動機，達到27 tf，但目前已經中止研制。

我國膨脹循環發動機的研制起步較晚，21世紀初在長三甲系列火箭上面級YF-75發動機的技術基礎上開展了閉式膨脹循環技術的相關研究，研制成功的YF-75D發動機用于長征五號運載火箭，2016年首飛成功。相較國外膨脹循環發動機，我國膨脹循環發動機仍存在以下不足：

1)比沖偏低。YF-75D發動機比沖僅442 s，與國外相比仍存在較大差距。

2)不具備大范圍變推力調節能力。YF-75D發動機為定推力，而國外的膨脹循環氫氧發動機均具備大范圍變推力調節能力，調節范圍可達到30%～100%。

3)啟動次數低。YF-75D發動機采用火藥點火，只具備兩次啟動能力。……