開式循環液氧煤油發動機推力調節特性分析

王 通,劉 上,姜 壘,韓紅偉

(西安航天動力研究所 液體火箭發動機技術重點實驗室,陜西 西安 710100)

0 引言

隨著航天事業和航天技術的進步,我國運載火箭發射密度不斷提高,現役常規推進劑運載火箭在我國衛星發射領域承擔著繁重的發射任務,但常規推進劑有毒,推進劑價格高,并面臨著更新換代的緊迫局面[1-2]。液氧煤油作為一種無毒推進劑組合,具有成本低、使用維護方便等優點,已經成為新一代運載火箭推進劑的主流[3-4]。美國SpaceX公司研制的“獵鷹重型”運載火箭使用了Merlin系列開式循環液氧煤油發動機為動力,以其低成本、推重比高、可靠性高在國際商業航天發射領域占據一席之地。韓國KSLV-2火箭所使用的75 t開式液氧煤油發動機也已經研制成功。

運載火箭對發動機推力調節技術有廣泛的應用需求,在啟動段故障診斷、飛行段和關機段降低載荷、調節飛行參數及子級回收精確控制方面發揮重要作用。為了滿足運載火箭不同飛行任務的要求,提高發動機對各種不同飛行任務的適應性,發動機需實現大范圍的推力調節[5]。美國SpaceX公司的Merlin-1D發動機充分利用針栓式噴注器的優勢,具備70%～100%的推力調節能力,升級之后的Merlin-1D+真空版低工況推力調節范圍拓展至55%額定推力[6]。我國開式循環液氧煤油發動機應用于運載火箭二級,由于二級關機時的過載限制,需要發動機在二次工作段或工作末段降低推力至55%工況[7-9]。

本文以開式循環液氧煤油發動機為研究對象,提出了一種新的大范圍推力調節方案,滿足發動機推力調節至55%工況的要求。……