长征5号火箭氢氧发动机改进细节首次披露 改用钛合金提升部件强度

两年前,备受瞩目的长征5号遥2火箭点火升空,飞行到346秒时,火箭的运行曲线开始偏离预设值,高度不断下降。此时央视的转播信号已经全部消音,画面上只留下技术专家紧急而忙碌的身影。果然数小时后,文昌发射场宣布了火箭发生异常,没能入轨。经过了几个月的调查论证等归零工作,最注重确定了故障的原因──“YF-77”氢氧发动机的涡轮泵排气锥发生变形,无法输出原有的推力。

长征五号火箭主发动机

长征五号火箭的芯级由两台YF-77发动机组成,故障发生时其中一台发动机在高速、高温等复杂的热力环境下,涡轮泵排气锥的局部结构发生了变化,涡轮泵无法全力工作也就导致了推力大幅度的下降,最终造成了异常的发生。为此,该型氢氧发动机的设计人员重新更改了YF-77涡轮泵的设计图纸,将原有的不锈钢材料替换为强度更高的镍基的高温钛合金,同时以原有零件为基础再增加5个导流叶片,以确保发动机在高热等复杂环境下保持稳定。

图纸的更改意味着备件库中的零件都瞬间变成了废品,同时由于更换了强度更高的钛合金材料,部件加工难度也骤然增大。经过YF-77发动机各生产部门的协商,最终决定采用我国最新研制的“数字化电火花铣削技术”来代替传统的机械铣削,不但效率提高了几十倍,生产成本也大幅降低。最终改进后的发动机零部件全部按时交付了发动机组装单位。

长征五号遥2火箭等待发射

改进后的YF-77氢氧发动机进行了大量的试验,排气锥没有再出现问题。“胖五”遥2火箭的问题和解决方案也算有了定论。但造成目前胖五无法复飞的原因并不是遥2火箭上出现的问题,而是遥4火箭发动机试车时出现的氧涡轮泵裂纹,尽管复飞使用的遥3火箭发动机试车时并没有出现同样的问题,但是为了避免共性问题的发生,必须进行系统性的解决。

除了YF-77外,我国还在研制更大推力的200吨级推力的YF-220氢氧发动机,如果老型号氢氧机的问题得到妥善解决,也会给新型号的研发提供宝贵的经验,让YF-220的研发少走弯路,缩短重型火箭长征9号的研制时间。

长征5号遥1火箭发射瞬间

许多热爱中国航天的人士都在留言询问“胖五何时复飞”的话题,其实从火箭团队看来,不让火箭带病上天要远比早几天复飞更重要。我们需要的是健康、可靠的长征五号,因为他未来要执行的每一个任务都意义重大,不管是月球采样、火星探测还是空间站建设,都少不了他的身影,因此希望大家能够耐心等待,也许年内就会有好消息传来。

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