中国新一代921载人火箭成功换底 结构更轻推力更大 将首次达到世界先进

我国正在研发新一代大推力载人火箭已经是人尽皆知的“秘密”了。由于该型火箭是由载人航天921办公室主导,因此也被网友称作“921火箭”。按照规划,921火箭的直径5米,起飞重量2000吨,可以直接把25吨的有效载荷送入奔月轨道(也可以理解为奔火星轨道)。现有的长征5号火箭也可以达到这么大的推力,但长征五号与国际上领先的大火箭相比,运载效率只有人家的一半多,干质比也低很多。

新一代921载人火箭

因此尽管“胖五”的推力大,但效率低,算不上国际先进的火箭。因此在新921火箭设计伊始,就有了运载效率不低于3.5%、干质比不低于15的数据要求,因此必须要想方设法给921火箭进行减重,因为重量减轻了,装的燃料多了,运载效率自然就提高了。

于是921火箭研发采用了先进的设计理念,采用了新材料新工艺,以及动力冗余技术,力争让921火箭成为我国首款世界先进的运载火箭。由于921火箭芯级和助推器都是5米直径,技术沉淀来源于长征5号,要想提高火箭性能,就要从箭体和贮箱的减重上下功夫!

5米直径锥形贮箱底结构下线

过去我国火箭燃料箱采用了传统的圆弧底结构,但是该结构有一个缺点,弧底只能承受箱内燃料的压力,而不能承受火箭发动机产生的推力,火箭推力全部通过箭体的外壁进行导力,使得对箭体外壁的强度要求就格外地高,因此外壁结构的用料和重量上也居高不下。火箭院天津工厂就从这里下手,改造燃料箱的底部结构,让燃料箱也能承受部分火箭发动机的推力,这样可以降低整箭的干重,提高火箭运载效率。

工程师们通过无数次的建模与实验,最终将燃料箱底部结构由圆弧形更换成了锥形(具备特殊角度),这样改动后,燃料箱可以承受大约55%的火箭发动机推力,大大减缓了火箭外壁的压力,而且,让整段火箭整体减重15%,大大提高了火箭的运载效率(锥形箱底产品已于8月底正式下线)。

锥形底贮箱的前底安装中

在实际研发中,这个锥形底的研制还是相当复杂的,因为锥角的大小直接关系到是否能够有效减重,锥形角过小会使得底部变长,影响减重效果,锥角过大又会导致燃料箱无法承重,总之搞起来还是很麻烦的,即便设计人员完成了设计,天津工厂的制造人员在焊接时还是出现了各种困难,不过靠着创新的工艺和操作人员的“麒麟臂”,还是顺利完成了“锥形底贮箱”的制造,填补了我国5米直径锥底贮箱的空白,对我国未来火箭的发展具有里程碑式的意义。

另一个角度看我国首个5米锥形锥底

921火箭的研制已经进入了攻坚阶段,之前有报道称年底前将完成该火箭的全部课题攻关,并转到试制过程中。921火箭将是我国首枚CBC构型的运载火箭,起飞级将由21台YF-100K煤油发动机(胖五YF-100的升级版)并联而成,同时也将为火箭配备最新研制的固体燃料姿控发动机,简化飞船逃逸塔,确保航天员的生命安全。921火箭必将成为我国深空探索的一大利器。

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