嫦娥三号月球探测器的中途修正、近月制动、动力下降和成功实现软着陆的功臣之一是航天科技集团六院研制的7500N变推力发动机,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。 “可以说,7500N是一种品质优良的发动机。”航天六院11所7500N发动机推力室主任设计师林革的脸上透出了自信的微笑。 参加工作20多年来,林革一直从事着上面级发动机、变推力发动机、探月系列发动机及过氧化氢发动机推力室的研制工作,现任发动机推力室主任设计师。他曾三次获得国防科技进步二等奖,还被授予集团公司“十五”技术创新先进个人。作为推力室的主任设计师,他参与了7500N变推力发动机研制的全过程。 “推力室是发动机的核心,也是变推力发动机最难的环节。”林革感叹道:“最困难的是如何在大范围变推力情况下的高效燃烧和冷却。”面对这一难关,他与研制队伍创新开展了推力室技术攻关。在国内首次采用了新型喷注器技术,实现了发动机在不同工况下的性能均能满足要求,其独特的结构为发动机在较大推力范围内保持较高性能提供了有效保障。 然而,研制路上的拦路虎哪止一个!7500N变推力发动机刚开始研制时,有时短短数秒钟的工作,燃烧室就会出现烧蚀。因此,有人泄气了,有人甚至开始怀疑技术途径能否走通? 林革与设计团队经过深入的分析与详细的理论计算,掌握了燃烧室烧蚀的确切原因,对传统的燃烧室冷却方案进行了大胆的改进,采用了一种新型冷却结构,有效降低了推力室的最高温度,从而攻克了变推力发动机的冷却难题。 研制一种新的发动机,不仅需要经过大量的试验摸索及漫长的研制周期,而且还要耗费大量的人力和物力。因此,航天领域成为高成本、高风险的产业。由于燃烧过程的复杂性,以往推力室的研制以设计-试验-改进-再试验的方式进行,“这就像在重重迷雾中登山,尽管你知道附近有个山峰,但不知道方位在哪里,路径在哪里,有时连自己的方位都搞不清楚。”林革说,“美国阿波罗登月计划中的月球软着陆发动机,在研制时就进行了2800余次的点火试验。” 如何能降低试验成本又减少风险呢?林革开始琢磨。“如果有一种性能预估软件,能够准确预测出不同改进方案的发动机性能,从中选择出最佳的方案进行试验验证,就能大大减少试验次数,缩短研制周期并有效降低研制成本。” 掌握这种性能预估手段,几乎是每一位液体火箭发动机设计者的梦想。当时的部分商业软件能够在一定程度上对燃烧过程进行计算,但精度不足,且对我们所采用的喷注器针对性不强,无法体现出具体喷注器结构对性能的细微影响。 林革决定试试。通过仔细推敲各种因素对推力室性能的影响,林革和设计团队开发出了一种燃烧室性能仿真分析模型,能够反映出喷注器工作参数和结构对性能影响,从而可对不同的技术方案进行定量的评价。通过这个模型,不仅可以清晰地判断出改进的方向,而且还能得出改进步伐的大小。 “这就好像在迷雾中有了准确的GPS,不仅能准确判断出山峰的高度和位置,而且能够确定最佳的登山路径。”林革在描述仿真分析模型时如是说。 俗话说,“差之毫厘,失之千里”,对于高性能、高精度的变推力发动机,不同方案调整的尺寸通常在发丝之间,发动机研制的试验量之大是难以想象的。“通过试车数据对模型进一步修正,可以进一步提高模型的精度。”林革的眼中闪着智慧的光,“这个模型是所内最具工程实用价值的推力室性能仿真分析模型,它甚至可以预测出产品关键尺寸超差三分之一毫米对性能影响的大小。”运用这个“法宝”,推力室的燃烧效率得到了迅速提高,使得变推力发动机在额定工况的性能达到了国际先进水平。 林革在谈起嫦娥三号的完美表现时说:“尽管嫦娥三号是变推力发动机的首次飞行,但由于发动机研制过程我们验证充分,研制过程的考核比飞行条件要严苛得多,发动机都能轻松胜任,所以我对发动机充满信心。” 7500N 发动机多项新技术的研究探索不是一蹴而就的,大量的技术成果是智慧的结晶,更是时间和汗水的积蓄。
“我大量时间都投入到工作上了,爱人对我的事业全力支持,几乎承担了所有的家务、照顾老人等。”林革有些感慨地说,“可以说,嫦娥三号的成功,也有她的一份功劳。” (刘琳)
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