涡轮泵(turbopump,英文简称TP)是一个动力式泵,为火箭发动机的心脏部分。
火箭发动机的涡轮泵
为什么涡轮泵重要
液体燃料火箭要克服地球引力向上飞行,依靠的是自身贮箱携带的氧化剂和燃烧剂混合进行燃烧,释放出高温高压的气体,推动火箭上升。
简单的说,要把这两种液体按照比例送到燃烧室,依靠的就是一个关键器件——涡轮泵。
美国猎鹰重型火箭的“猛禽”发动机涡轮泵示意图
目前火箭发动机的功率密度是地球上所有能够产生输出功率的机器中,其排名是最高的。例如俄罗斯的RD180火箭发动机的输出功率达到惊人的27万马力,短时间内可以驱动一艘十万吨级的航母高速前进。
为什么液体燃料火箭发动机短时间功率能做成这么大,其核心部件——涡轮泵的作用功不可没。涡轮的转速非常高,产生的压力极大,曾经有人形容中国长征五号氢氧发动机的涡轮泵可以将黄浦江的水抽到喜马拉雅山,可见其产生压强有多么巨大。
液体火箭发动机的涡轮泵要在十几分钟甚至是几分钟内将数百吨的液氢液氧或者液氧煤油输送到燃烧室,需要承受极高的温度和压强,其本身的材料和制造工艺相当严苛,世界上能够制造液体燃料发动机涡轮泵的国家屈指可数。
我国的长征五号遥二火箭发射失利的主要原因就是二级氢氧发动机YD77涡轮泵金属产生疲劳损坏,导致任务失利。后经科研人员两年多的故障复现,科研攻关,终于将合格的涡轮泵研制成功,从长五遥三开始连续六次发射全部成功,证明长五火箭液体发动机涡轮泵完全胜任,将进入密集化、常态化实用载荷发射,预计今后五年,每年将有五次长五系列火箭发射。
国产火箭发动机
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