| ——航天科技集团六院11所变推力发动机研制团队的幕后故事 为了让“嫦娥三号”探测器着陆过程更加“优雅自如”，中国航天科技集团公司六院11所变推力发动机研制团队，历经五年多的攻坚克难，在我国首次突破了大范围变推力、高精度控制、高性能长寿命等关键技术，为月球探测器中途修正、近月制动、动力下降等软着陆提供了安全保障，也为“嫦娥三号”落月增添了几分唯美与精彩。在设计团队长达5年的艰苦攻关中，留下了很多令人难忘的幕后故事。 液流试验戏称“夜留”试验 11所所长李斌在谈到变推力发动机说：“7500N变推力发动机是我国目前推力变化范围最大发动机，既可以实现连续变推，又可以在任意推力量级固定推力工作，首次实现了固定推力和变推力工作模式之间的任意切换”。 在探测器动力下降段，需要发动机在大范围内进行变推力工作，无论是推力突升还是突降，均不同于常规的发动机工作过程。根据月球着陆探测器总体对发动机的技术要求，研制队伍在预研技术成果的基础上，经过大量方案论证和对比，提出了流量定位双调变推力方案。同时，由于要对探测器进行飞行轨道控制和着陆过程精确定位，发动机的流量、混合比控制精度更要高于一般发动机。在产品设计中，11所研制队伍充分考虑空间环境条件和月球探测任务的特殊需求，特别开发了发动机性能仿真计算软件、热环境仿真计算软件等，大幅提升了发动机的研究水平，节省了研制周期。通过对发动机系统、组件结构等的不断优化改进，提高发动机各推力工况的性能与稳定性、缩短响应时间，实现了发动机变工况、快响应要求。 “即便是0.01毫米的孔径差距，对发动机结构状态都会产生大影响。”在发动机生产、试验的第一现场，11所7500N发动机设计人员全程介入，及时了解掌握生产、试验现场所遇到的问题，认真详细记录下过程数据，做到严格把关、眼见为实。为确保发动机状态最佳，各项参数精度要求极高，参试人员需反复的调节、校正、测试……“液流试验常常干到凌晨，干通宵也是常事。”因发动机完成装配到达所里时往往都是下午或者晚上，年轻设计员潘匡志笑着说，“每次接到‘液流’试验的安排，往往就意味着要‘夜留’试验了。” 追求高性能，确保长寿命 整个落月过程需要发动机长时间可靠工作，发动机必须实现长寿命。但“高性能”和“长寿命”在历来研制工作中却似一对冤家，总不能“和谐共处”。面对嫦娥三号探测器飞行距离和工作时间的严苛要求，高性能和长寿命必须实现“双赢”！ 11所副所长陈炜在谈到变推力发动机感叹道：“对于变推力发动机，最困难的是如何在大范围变推力情况下组织起高效的燃烧和可靠的冷却。”研制队伍从发动机的核心组件——推力室着手，开展了高性能、长寿命推力室技术攻关。在国内首次将特殊结构的喷注器应用于发动机推力室，其独特的结构可使发动机在较大推力范围内保持较高性能；同时，采用了创新的冷却方式，既保证了发动机的高性能，又为发动机长程、可靠工作提供了有效保障。 然而，在研制的初期阶段，这些创新的方案也给研制队伍带来了新的难题。“一是由于试车耗资大，周期长，不可能对所有方案进行一一验证；其次，由于测量的精度有限，有时设计方案上的细微差异即便通过试车也难以分辨。” 推力室主任设计师林革说。“所以，单纯依靠试车，并不能完全解决问题！”面对这一情况，研制队伍创新开发了一种针对特殊结构喷注器的燃烧仿真计算模型。林革介绍道，通过仿真，不仅能够精确地预估不同推力室方案的性能，相当于在设计人员电脑上组织发动机热试车，而且能够对发动机的性能机理进行分析，进而为下一步优化改进提供参考。经过精心设计和不断优化，7500N变推力发动机在性能和冷却技术方面均达到国际先进水平。 精益求精，力保设计最优 在谈到变推力发动机时，主任设计师兰晓辉说：“7500N变推力发动机首次应用于地外星体探测，面临着常规发动机不曾遇到的复杂空间环境。与常规发动机相比，变推力发动机技术难度更大、要求更高。” 面对紧张的研制周期，如何确保发动机的高质量和高可靠性，这对11所发动机研制队伍来说，无疑是一个巨大的考验。 为实现发动机研制的一次成功，11所变推力发动机研制队伍树立了从源头抓起、系统预防的思路，将发动机可靠性贯穿到产品设计的每个环境和研制全过程，不断优化试验验证方案，加严对发动机的考核。在发动机设计过程中采用了先进的设计分析技术，研制初期就开展了FMEA、发动机的“1+6+2”分析，提出了发动机可靠性、安全性关键项目，对影响安全着陆的风险，提出了发动机设计、生产、试验等过程的控制要求，并制定了相应的风险控制措施。在充分考虑空间条件和探测器的特殊需求条件的基础上，针对发动机可能出现的各种工作模式、发动机的工作裕度、寿命要求、飞行前进行热试车标定、长期推进剂湿态贮存等各种边界条件，制定了发动机验证矩阵，通过充分的地面试验验证，确保了发动机考核的全面性和有效性。 由于发动机试车在北京101所，每次试验他们都要两头跑，有时一张小小的火车票反倒成了大难题。“临时安排出差，票就不好买，万一再碰上节假高峰……”设计员陈展笑着说。一次从北京返回西安，他们好不容易买到的却是站票，于是就“站了一夜回来”，“已经很不错啦！能回去就行，家里那边（指所里）还一堆事等着呢！” 作为研制队中为数不多的女同志，雷娟萍的出差量一点也不低于男同志。“最久的一次在外面待了两个月吧。”雷娟萍笑着说，“那时候主要揪心的是孩子。”由于工作需要，小雷没有休过哺乳假，孩子六个月大的时候就强行断了奶，不到8个月的时候，她出差在外地给孩子打电话，宝宝听到妈妈熟悉的声音却找不到妈妈就开始大哭起来，电话另一头，这位年轻的妈妈不禁酸了鼻子。 凭借“严控产品质量，一次就把工作做好”的工作理念，研制队伍先后完成了7500N变推力发动机的论证、关键技术攻关和详细设计，发动机技术方案无反复，设计质量达到优良。通过60余台次的生产、冷试、装配、地面热点火等多重环节的磨练和考验，取得了发动机研究性试车、功能性试车、裕度验证试车、鉴定试车、寿命试车、可靠性试车等的连续成功！11所变推力发动机研制队伍正用他们的智慧与创新，为“嫦娥”落月更添了一份“优雅自如”，为我国探月之路续写着金牌动力的又一篇章！ (刘琳)
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