關(guān)于YF77發(fā)動機(jī)氧泵的系列重要論文與及未來改進(jìn)展望

1，搜索到《火箭發(fā)動機(jī)渦輪泵高速柔性轉(zhuǎn)子動力學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究》一文。本文是哈工大的碩士學(xué)位論文，但寫作的時間非常之早，對了解YF77發(fā)動機(jī)的早期研發(fā)史有一定的幫助。

    作者是夏德新，他也參與了YF77發(fā)動機(jī)的具體研制工作。

2，《氫氧火箭發(fā)動機(jī)高速氧渦輪泵轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性研究》一文也很重要。發(fā)表于《導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù)》2005年5月，作者是國防科大的鄭繼坤、吳建軍。本文涉及到YF77發(fā)動機(jī)的氧泵為何選擇18000RPM轉(zhuǎn)速的原因說明。

3，《氫氧發(fā)動機(jī)氧渦輪泵可靠性預(yù)計(jì)》一文也非常有趣。此文的作者是鄭繼坤、李智勇。來自于京11所。此文發(fā)表于《真空與低溫》雜志，2011年8月。此文可以認(rèn)為是京11所YF77研制團(tuán)隊(duì)對YF77氧泵故障分布概率的一次早期預(yù)估。

4，《氫氧發(fā)動機(jī)氧泵設(shè)計(jì)與流場計(jì)算》，北航的碩士論文，本文是早期YF77發(fā)動機(jī)氧泵設(shè)計(jì)的第一手資料。作者唐飛。2005年9月到2007年12月的碩士學(xué)位論文。

     以上這些重要論文全部在道客巴巴網(wǎng)站都可以完整地找得到。

上面的這些論文就說到，日本LE7氫氧發(fā)動機(jī)在早期階段就計(jì)劃要研制轉(zhuǎn)速高達(dá)46000RPM的氫泵。但在研制的過程中撞了南墻、吃了大虧之后才再退縮回來，改為搞轉(zhuǎn)速只有42000RPM的氫泵。

但即使如此，H2火箭的8號機(jī)還是在LE7發(fā)動機(jī)的氫泵故障問題上造成了星箭俱毀的重大事故。

在鄭繼坤的《氫氧火箭發(fā)動機(jī)高速氧渦輪泵轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性研究》一文中，這一部分的內(nèi)容非常重要。特此抄入進(jìn)來。

    “C，改變軸承內(nèi)徑對臨界轉(zhuǎn)速的影響。

     增大渦輪端軸承內(nèi)徑，一階臨界轉(zhuǎn)速略有提高，二階臨界轉(zhuǎn)速略有下降；減小渦輪端軸承內(nèi)徑，一階臨界轉(zhuǎn)速略有下降，二階臨界轉(zhuǎn)速略有提高；減小泵端軸承內(nèi)徑，一階臨界轉(zhuǎn)速變化不大，二階臨界轉(zhuǎn)速下降較多。

    （YF77發(fā)動機(jī)氧泵）軸系確定的18000RPM轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速與二階臨界轉(zhuǎn)速之間，遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速，軸系安全可靠性有保證。

     （而YF77氧泵）一階臨界轉(zhuǎn)速為8082－8479RPM，一階應(yīng)變能為19.9－20.5%；二階臨界轉(zhuǎn)速為34651－38785RPM?！?/span>

      因此，從上面的這些重要信息來分析，YF77發(fā)動機(jī)氧泵軸系的確還存在“增大、增粗（以增加軸系的強(qiáng)度）”的充足潛力空間。因?yàn)榧词?/span>YF77氧泵的軸系“適當(dāng)”增大、增粗之后也還能夠遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間。

      而且根據(jù)此文來分析，今天YF77發(fā)動機(jī)氧泵的轉(zhuǎn)速選擇確定在18000RPM的水平（而不是歐洲火神1、火神2氧泵的12000RPM到13000RPM的水平），更多是在“隨機(jī)心態(tài)”下所作出的決定，當(dāng)時并沒有太多考慮其它的因素。

畢竟YF77發(fā)動機(jī)氧泵的轉(zhuǎn)速無論是18000RPM還是12000RPM、13000RPM都已經(jīng)成功地遠(yuǎn)離一階臨界轉(zhuǎn)速8082－8479RPM區(qū)間很遠(yuǎn)了。

而且中國早前研制成功的YF75上面級氫氧發(fā)動機(jī)的氧泵轉(zhuǎn)速就高達(dá)20000RPM，因此當(dāng)年YF77發(fā)動機(jī)的研制團(tuán)隊(duì)在確定氧泵的轉(zhuǎn)速為18000RPM時，也自然覺得沒有“什么不妥”的。

當(dāng)然，隨著YF77氧泵軸系直徑的增大、增粗，未來一階臨界轉(zhuǎn)速肯定會呈現(xiàn)逐步上升的態(tài)勢。但那怕一階臨界轉(zhuǎn)速上升到10000RPM的區(qū)間，只要YF77氧泵的軸系轉(zhuǎn)速保持在13000到14000RPM的轉(zhuǎn)速區(qū)間，也足以保持安全的運(yùn)行距離了。

    當(dāng)年日本原始版的LE7發(fā)動機(jī)的氫泵的轉(zhuǎn)速就高達(dá)46000RPM，結(jié)果在研制中吃了大虧之后，就主動降低為42000RPM的水平了。因此，馬死落地行?，F(xiàn)在中國YF77發(fā)動機(jī)的氧泵轉(zhuǎn)速也真的有必要主動進(jìn)行調(diào)低了。這也是當(dāng)前沒有辦法的辦法。

小結(jié)，未來YF77發(fā)動機(jī)氧泵可靠性增長的3個主要演進(jìn)發(fā)展方案。

    1，僅僅“適當(dāng)”增大、增粗氧泵軸系的直徑。而氧泵轉(zhuǎn)速與及氧泵渦輪盤直徑大小等等都完全不變。

     即小改方案。

    2，“適當(dāng)”增大、增粗氧泵軸系的直徑，并主動降低氧泵的轉(zhuǎn)速至14000到15000RPM的區(qū)間。但氧泵渦輪盤的直徑依舊維持不變。

    即中改方案，但這樣會造成YF77發(fā)動機(jī)的推力與比沖都出現(xiàn)一定程度的下降。

    3，完全重新設(shè)計(jì)YF77發(fā)動機(jī)的氧泵。

    如增大、增粗氧泵軸系的直徑，將氧泵的轉(zhuǎn)速直接降低到13000到14000RPM的區(qū)間，并且重新設(shè)計(jì)出全新的大流量、大直徑的YF77氧泵渦輪盤。

    即大改方案。

    而此一大改方案投資成本高、研發(fā)周期長。但大改成功之后YF77發(fā)動機(jī)的可靠性與推力都將會有一個大幅度的提升。

如象歐洲人當(dāng)年的火神1演進(jìn)到火神2、日本人的LE7演進(jìn)到LE7A發(fā)動機(jī)那樣，大改后的YF77A（暫時這樣定名）發(fā)動機(jī)的推力保守估計(jì)都會提升20%到30%的區(qū)間。

即YF77A發(fā)動機(jī)的海平面推力將達(dá)到65噸、高空版推力將達(dá)到90噸的巨大程度。

    陳天（高涼陳君）

    2019年9月8日