火箭行业报告：火箭回收、液体火箭（23页）

行业报告下载 2024年07月15日 07:51 管理员

液体火箭发动机的关键性能参数包括推力、比冲和混合比。1）推力用于衡量发动机的工作能力大小。根据不同的大气压力条件，每台发动机都有三种推力表示形式：海平面推力、地面推力、真空推力。2）比冲指单位推进剂流量产生的推力，用于衡量发动机的性能。比冲越大，发动机效率越高。3）混合比指氧化剂与燃料的质量流量之比。发动机在多次性能试车后可计算得到混合比偏差，减小混合比偏差能够有效提高火箭运载能力。总而言之，发动机的实际工作过程极其复杂，它的性能由技术、材料、设计上的诸多因素综合决定，最终被具象表示为参数。发动机设计首先从循环方式的设计开始，全流量分级燃烧是目前火箭推进剂利用效率最高的循环方式。循环方式，即发动机的推进剂输送系统，在性能考量方面并不存在绝对最优的选项，因此循环方式的设计通常需要在性能之间做出取舍。按技术难度梯度进行大类排序，可以简单理解为“泵压式>挤压式”、“闭式>开式”。当前液体运载火箭的主流循环方式选择是分级燃烧循环和燃气发生器循环，而代表最先进技术的循环方式是全流量分级燃烧循环，这也是分级燃烧的一种，由 SpaceX 的猛禽发动机率先实现量产并投入使用。猛禽发动机以其推力最大、效率最高、可复用低成本优势闻名。涡轮泵是发动机唯一的高速旋转组件，3D 打印、动态密封等新型先进技术时常得到应用。发动机被誉为火箭的“心脏”，而涡轮泵又是发动机的“心脏”。相较于其他组件，火箭研制公司通常对涡轮泵做更多的信息保密工作。1）金属 3D 打印/增材制造技术在火箭发动机上的应用前景越发广阔。使用 3D 打印技术能够保障零件质量性能、降低成本、提高制造效率，尤其在涡轮泵零件上目前已经有了较多实际用例。2）可靠的涡轮泵离不开动态密封技术的支持。动态密封件充当涡轮机高温供气和泵侧低温液氧之间的物理隔离，起到防止推进剂泄漏、防止污染物进入以及控制压力的作用。一些改良的动态密封件还可以进一步补偿涡轮机产生的轴向力。3）近年来我国运载火箭事业在液体发动机的涡轮泵设计上也实现重大突破。例如蓝箭航天的天鹊-12 发动机应用了刚轴、浮动环动密封、轴向力平衡系统等关键技术，有力地提高了涡轮泵的性能和可靠性。