-
火箭发动机,人类玩火的极致(七)——基于东风导弹技术 打造长征运载火箭
加入观察员(输入邀请码888享10元优惠),完整阅读本系列此前文章与后续更新:
火箭发动机,人类玩火的极致(二)——美国红石火箭,V2的改良升级
火箭发动机,人类玩火的极致(五)——RD-170火箭发动机诞生,至今难以被超越
火箭发动机,人类玩火的极致(六)——单燃烧室最强推力 实现“阿波罗”登月计划
【文/科工力量 柳叶刀】
与很多国外运载火箭一样,中国运载火箭最早也是由远程战略导弹改进、发展而来的,从一开始就被蒙上高度神秘的面纱。1956年,国防部第五研究院(现为中国运载火箭研究院)成立后,钱学森担任院长,立即开始了地地弹道导弹的相关研究工作。
转接苏联导弹 继承德国技术
根据1957-1962年间的中苏合作协议,苏联转让了R-1、R-2陆基弹道导弹以及R-11F海基弹道导弹的训练与战斗模块、以及技术文件等。
苏联的R-1与R-2是德国V-2导弹的改进型号,前两者的基本技术思路与V-2区别很小。R-1基本上是利用德国的V-2火箭的残余零部件组装起来的(因为美国抢在苏联前面,先将技术人员、资料与完整部件运回国内),其RD-100发动机沿用V-2的液氧/酒精推进剂方案,发动机核心组件蒸汽发生器继承了V-2的双氧水分解产生动力的方式,驱动涡轮泵。
因为R-1是在德国人的帮助下进行复原的,苏联人同时也独立组织了一批自己的工程师,研制R-2导弹,其射程是V-2的两倍。其RD-101发动机设计与RD-100相比,高度降低,质量减小,结构更为紧凑,推力增加。蒸汽发生器有所改变,改用固体催化剂分解双氧水。
最初的东风-1导弹就是仿制苏联的R-2。1958年,在苏联顾问的帮助下,国防部第五研究院开始复制工作。东风-1采用一台RD-101发动机,所以推进剂、蒸汽发生器、涡轮泵基本继承自R-2。另外,东风-1与R-2两者的北约代号都是SS-2,从中也可见二者技术的相似之处。随后第五研究院于1960年开始独立研制东风-2导弹,在消化苏联R-2技术的基础上进行改进,仍采用液氧/酒精推进剂,但射程增加。
与美苏一样,中国的技术人员也需要克服液氧常温下,大量挥发、难以保存难题。所以,东风-3导弹改变策略,推进剂改为偏二甲肼/硝酸。同时,将四台YF-1发动机并联(即YF-2)作为动力,地面推力提升至104吨。后来的东风-4(二级结构)与长征一号运载火箭的第一级都是采用东风-3导弹的动力设置(稍加改进)。
YF-2发动机有四个燃烧室,每个燃烧室都有自己的涡轮泵。YF-2就是4个YF-1单燃烧室发动机并联组合在一起的。YF--1发动机可以看做是一个基本型号,长征一号运载火箭的一、二级使用的几型发动机都基于YF-1的改进或组合
YF-1发动机的推进剂采用偏二甲肼/硝酸,与双氧水分解驱动涡轮泵不同,YF-1采用燃气发生器循环,即导入部分推进剂进入发生器燃烧,产生燃气驱动涡轮泵。
“东风-3”、“ 飞毛腿B”、“劳动”这三型导弹的发动机结构相似
如果忽略大小,单从外观结构上看,YF-1发动机与苏联的飞毛腿B(Scud-B)发动机、朝鲜的“劳动(Nodong)”弹道导弹的发动机非常相似。前面提到的R-11的最终改进设计版为R-17,也被称为“飞毛腿B”出售到全世界。在中苏最初的合作协议中,就有转让R-11F约定。相关资料显示,朝鲜的“劳动”弹道导弹的大量技术也是来自“飞毛腿”导弹。
YF-2发动机的四个燃烧室都配备各自的涡轮泵,因为发动机采用的是开式泵压循环,所以燃气驱动涡轮后,直接排放到外部。虽然YF-2与苏联的RD-107同为四燃烧室发动机(笔者在《火箭发动机,人类玩火的极限——苏联R-7系列火箭》一文已介绍),但RD-107的所有燃烧室中推进剂的注入都是由一个涡轮泵单元提供动力,所以RD-107发动机上部的结构更简洁。当然采用一个涡轮泵,需要克服推进剂等量均匀注入燃烧室的问题,按照中国当时的技术水平,在YF-2合并使用一台涡轮泵可能存在困难。
在冷却发动机推力室方面,YF-1发动机与早期的苏联火箭发动机一样,都是采用再生冷却循环(德国的技术),燃料从推力室的底部流经喷管夹层,冷却推力室的同时并预热燃料。因此,可以看到在发动喷管外周有两根分叉的导管,接入喷管下部,燃料由此进入,起到再生冷却作用。
开式泵压循环、再生冷却循环
YF-1涡轮泵的剖面结构,从资料图上看,YF-1的涡轮泵采用的是普遍的单轴设计,燃料泵和氧化剂泵分别位于涡轮的两侧,中间圆盘状为提供动力的涡轮。这样的设计思想与最初的V-2发动机涡轮泵的结构设计相似
-
本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 柳叶刀 
-
中国通用技术集团正式重组昔日机床龙头沈阳机床
2019-12-21 16:29 -
转运成功!长征五号遥三火箭抵达发射区
2019-12-21 11:09 航空航天 -
倪光南看好开源芯片:RISC-V将和英特尔ARM三分天下
2019-12-21 10:50 -
波音“星际客机”前往国际空间站任务失败
2019-12-21 10:41 航空航天 -
我国提出制备石墨烯新方法,有望低成本大规模生产
2019-12-20 09:28 科技前沿 -
龙芯3A4000处理器实测:28nm工艺不变 性能仍可提升100%以上
2019-12-19 19:54 -
法国Orange CEO:关于华为的担忧“完全是一派胡言”
2019-12-19 19:13 -
中国科学家邓宏魁入选《自然》年度十大人物
2019-12-18 13:13 科技前沿 -
美国提出在月球背面安装射电望远镜
2019-12-18 11:20 航空航天 -
737MAX停产,谁最受伤?
2019-12-18 08:45 波音危机 -
思科重申:无意进入5G RAN市场 聚焦核心与承载网
2019-12-17 13:38 -
《自然》年度十大杰出论文:中国两篇研究入选
2019-12-17 10:42 科技前沿 -
欧洲对撞机即将“王者归来”!
2019-12-17 09:21 -
中国空间站为什么要这样设计?
2019-12-17 08:10 航空航天 -
刷新纪录!北斗三号全球系统核心星座部署完成
2019-12-16 19:14 航空航天 -
哪个最燃?2019中国十大“硬核”科技新闻
2019-12-16 13:20 中国精造 -
还需20亿元!俄企申请再拨款研发月球飞船
2019-12-16 12:02 俄罗斯之声 -
三星将首次向加拿大供应4G、5G设备
2019-12-16 09:34 5G -
杨利伟首次访日,与日本首位航天员对话
2019-12-16 08:52 航空航天 -
AMD:Intel是一家伟大的公司 工艺落后问题迟早能解决
2019-12-14 14:33 商业
相关推荐 -
布林肯来华谈的怎么样?是否不虚此行? 评论 25“看看,这就是美国的警察” 评论 346习近平会见布林肯:中美应彼此成就,而不是互相伤害 评论 62“宁愿关闭在美业务也不卖” 评论 392王毅见布林肯,对美方提出三个“不要” 评论 262最新闻 Hot