“胖五”发动机研制背后,300人曾在厂里住了3个月

2022-07-30 08:20:03 作者: “胖五”发动

“胖五”发动机研制:突破“卡脖子” 不怕失败

 

 

发射问天实验舱的长征五号B运载火箭,主要承担我国空间站舱段的发射任务,它也是我国近地轨道运载能力最大的运载火箭。它强大的动力来源就是发动机,发动机是火箭的“心脏”,是火箭技术含量最高、难度最大的部件之一。长五运载火箭采用液氢液氧以及液氧煤油作为燃料,这是当今世界航天发射的主流技术,也是一个国家成为航天强国的标志之一。

 

航天科技集团六院西发公司型号系列总工艺师 张和平:这就是长征五号用的发动机,长征五号一共用了八台120吨液氧煤油发动机。这个上面有许多新材料,典型的就是说在燃烧部分用的是高温合金。

高温合金被称为“先进发动机基石”。火箭发动机点火后,最高温度达到3000℃,在这样的高温高压富氧环境下,普通材料瞬间就会被烧成一堆废渣,在实施综合降温措施后,高温合金却依然能够保持稳定。2000年,国家正式立项,液氧煤油发动机进入工程研制,首先要解决的就是研发高温合金。负责技术的主管单位从事材料研发应用有几十年的经验,信心满满,然而他们研发的叶盘刚上试车台几秒钟,大家就傻眼了。

中国钢研科技集团高纳公司科技委副主任 赵光普:最早试车的时候,因为对工艺参数也不掌握,我们也心里没底,所以试的时候只要工艺参数稍不对一些,那材料两三秒钟就像天女散花一样就没了。

中国钢研科技集团特殊钢研究院副所长 苏杰:我们曾经遇到过同样的原材料、同样的炉子,前后炼了两炉,有一炉合格,有一炉就不合格,所以可见它的工艺窗口确实很窄。

突如其来的失败让大家高涨的热情瞬间降到冰点,国外专家甚至说,即使中国人能把液氧煤油发动机设计出来,也无法制造出来。国外专家的话并非没有道理,作为主任设计师的葛李虎跟同事估算,发动机需要的新材料达30多种。

没有基础,就下定决心从头开始。跟火箭发动机打了一辈子交道的葛李虎是个有心人,这一本本有些发旧的记录本,记录了葛李虎30多年间在火箭发动机研制过程中遇到的所有问题,这120个记录本,也成为解决问题的一把钥匙。

时任航天科技集团六院十一所液氧煤油发动机主任设计师 葛李虎:这件事情怎么讨论的,这个是谁怎么发言的,最后怎么解决的,工厂有什么问题,不要设计员去到工厂去处理,你说一个意见,我说行,你说不行,这样子的话叫作矛盾,你知道吗?

中国钢研科技集团高纳公司科技委副主任 赵光普:大伙都叫他(葛李虎)拼命三郎,深更半夜给我们打电话,礼拜六礼拜天打电话,这种全身心地投到航天里边的精神特别感染我们。

在葛李虎的感染下,研制团队重燃斗志,踏上了新的攻关之路。高温合金是以铁、镍、钴为基础,加入大量其他合金冶炼而成。研制团队专门做了燃烧着火的装置,通过不断调整配方的化学成分,在两年中做了上百次试验,从起初的小炉研制,到逐步扩大试生产,终于研制出了抗高温高压的高温合金。

没有从国外进口一克原料,我国研制的高温合金性能水平超越了国外同等类型合金,现在这种合金已经分别应用于航空发动机、液氧煤油发动机、液氢液氧发动机等国家重大工程项目。通过液氧煤油发动机研制,还牵引了高强度不锈钢等50多项新材料的创新,填补了我国这些材料研究的空白。

揭秘“胖五”发动机研制:每一步都无比艰难

对于发动机来说,攻克了材料的难关,只是万里长征走完了第一步。接下来每一步都无比艰难,这是一次发动机试车的画面,刚研制完成的发动机,在试车台上一点火就爆炸了。在液氧煤油发动机研制的初期,包括这样的爆炸,失败接连发生了四次。

 

2001年,对于液氧煤油发动机的研制团队来说是最艰难的一年。这一年,进行了四次整机试车,均未成功,其中还连续两次发生了爆炸,这在中国航天的历史上也是绝无仅有的。

时任航天科技集团六院十一所液氧煤油发动机主任设计师 葛李虎:零点几秒全部炸完,炸完了以后,连一个中间的零件“尸首”都找不到,不知道到哪里去了。没了,烧完了,所以对我们试验的分析工作带来了很大的困难。因为你找到“尸首”以后,看看哪个摩(擦)痕(迹),哪个地方碰的,哪个地方撞的,这是可以分析出来。连“尸首”都找不着了,你分析啥。

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