第二百四十八章 渦輪增壓
更新時間:2019-11-08 作者:嶺南仨人
銀河科技帝國 第二百四十八章 渦輪增壓
航天火箭的渦輪泵，作為火箭發動機重要組合件中唯一一個高速旋轉類機械，在業內被稱為液體火箭發動機的心臟。 它的工作原理與汽車的渦輪增壓器相似，利用燃氣驅動渦輪旋轉帶動泵工作，將火箭貯箱中的低壓推進劑進行增壓，并實時輸送給燃氣發生器和推力室進行燃燒。 液體火箭發動機渦輪泵在設計時十分強調重量輕和高性能，很多渦輪泵組件被設計成接近于技術發展水平的極限。 因此，要使渦輪泵可靠，并能適應運載火箭或者宇宙飛船的要求，就必須解決許多方面的問題。 例如：為滿足性能和重量的要求，渦輪泵必須在高速下工作，從而就必須具有在高速下滿足壽命要求的軸承和密封。 此外，泵必須具有高抽吸性能的誘導輪，以減少貯箱的壓力和重量。 目前在搞煤油液氧分級燃燒循環發動機發動機的航天機構，就是東唐和毛熊兩家。 但分級燃燒循環發動機有很多種，太陽國和米粒家用的是氫氧發動機，他們一般是高壓補氧。 火箭的核心是發動機，發動機的核心是燃料泵，因為火箭發動機本身只是一個很簡單的空腔，關鍵問題是如何給它提供足夠的燃料。 提供燃料的方式就是循環方式。 火箭發動機的循環方式，從目前的發展趨勢來看大致是：擠壓、膨脹、燃氣渦輪、電推。 燃氣渦輪下面可以分成燃氣發生器、分級燃燒、全流量分級燃燒等幾個種類。 都是用火箭燃料驅動一個小型發動機，然后驅動渦輪泵往外抽燃料。 燃氣發生器是從燃料中抽出一部分，驅動燃氣渦輪機，然后驅動渦輪泵抽更多的燃料供給主發動機。 燃氣渦輪機產生的廢氣直接排出體外，太空探索公司的梅林發動機就是這個原理，因為利用過的燃料不參加二次循環，所以也叫開式循環。 更高級一點的是分級燃燒循環，燃氣渦輪機產生的廢氣會和其他燃料一起進入主發動機再燃燒一次，避免浪費。 供給燃氣渦輪機的燃料和氧化劑有兩種混合方式，一種是燃料過剩，也就是富燃燃燒；一種是氧化劑過剩，也就是富氧燃燒。 其中富氧燃燒后的廢氣，流入主發動機需要補充更多燃料，所以叫補燃。 比分級燃燒循環再高級的，是全流量分級燃燒循環。 和抽部分燃料驅動渦輪不同，全流量是所有燃料都先燃燒一次驅動渦輪，可以提供更強大的渦輪動力，而且之后在主發動機混合后燃燒效果更好。 太空探索公司現在研制的猛禽發動機就是這種，燃料是甲烷，分別走富燃燃燒和富氧燃燒兩個預燃室，然后在主燃燒室會和。 高壓，說的是發動機的性能指標。 火箭是靠向后噴氣產生推力的，決定噴氣速度的是發動機燃燒室內部的壓力（室壓），壓力高性能就好。 而且室壓高，就意味著渦輪泵要有足夠的壓力才能把燃料送進發動機，所以渦輪泵發動機的性能肯定也會更高。 東唐航天系統的YF100的室壓是18兆帕（1兆帕等于10標準大氣壓），屬于高壓，作為對比，獵鷹9的梅林發動機不到10兆帕。 不過米粒家的絕技是低室壓高性能，土星五號的F1發動機就是低壓燃氣發生器循環。 不知不覺之間，黃豪杰的電動車已經到了氫氧發動機研究所門口。 幾個安保人員連忙跑過來。 “老板，我馬上去通知秦所長。” “不用了，我直接進去就好了。” 氫氧發動機研究所依山傍水，有一大半以上的空間是在山體或者地下。 已經聽到黃豪杰過來，所長秦同興連忙過來。 “老板，歡迎過來指導工作。” “氫氧發動機研發進度到哪里了” “我們正在研發磁懸浮軸承系統。” “去看看。” “請跟我來。” 一行人來到了一個正在研發磁懸浮軸承的實驗室里面。 一臺巨大的電動機正在瘋狂的運轉著。 “這個電動機就是我們采用了常溫超導體和強磁斥材料研發的實驗機。”秦同興指著電動機介紹起來。 航天火箭發動機的渦輪系統，和汽車上面的渦輪系統不一樣的地方，就是渦輪的動力來源。 汽車渦輪系統，按照動力來源可以劃分為三種：廢氣渦輪、機械渦輪、電動渦輪。 廢氣渦輪顧名思義，就是利用排氣管的廢氣推動渦輪；而機械渦輪，就是利用汽車的傳動系統驅動渦輪；至于電動渦輪，就是利用電池驅動電動機，從而帶動渦輪增壓。 而航天火箭發動機上面的渦輪系統，一般是兩種。 一種是小發動機渦輪，另一種是電動機渦輪。前者比較常見，后者由于電動機難以做到十幾萬以上的轉速，目前正在研發階段。 氫氧發動機研究所正在研發的，就是電動機渦輪系統。 “轉速達到多少了” “每分鐘15萬轉。” 黃豪杰滿意的點了點頭，能夠做到這個轉速，已經是非常難得了。 目前廢氣渦輪或者機械渦輪，可以達到12～16萬轉每分鐘。 但是電動機最多就1萬多轉每分鐘，這個還是直流電機，如果是交流電機，最多就3000轉每分鐘。 為什么電動機的轉速這么低 轉子動力學決定了轉子的線速度到達一定速度時(如150m/s)，離心應力超過轉子強度導致轉子部分部件脫離。 這是所有高速電機共同面臨的問題。 簡單說，就是機械強度限制了轉速。 另外對于有刷直流電機而言，轉速過高導致換向器與電刷摩擦嚴重，電弧也顯著增大，二者積聚的熱量很快會燒毀電刷。 電機端部的軸承也有一定的轉速限制，讓轉速擁有一個瓶頸。 說來說去，就是材料的問題。 如果材料達到要求，理論上直流電機的轉速可以接近無限大。 材料學恰恰是銀河科技的強項，所以在各種新材料的應用下，氫氧發動機研究所的電動機渦輪，轉速才可以達到15萬轉每分鐘。 “你們可以做到這個程度，我非常欣慰，再接再厲。” “一定不會讓老板和大家失望的。”秦同興連忙說道。 “現在燃燒室的室壓可以做到多少了”黃豪杰接著問道。 “21～22兆帕是極限，我們預計將渦輪系統的轉速提升到40～50萬轉每分鐘，這樣就可以將燃燒室的室壓提升到30兆帕左右。” “燃燒室可以承受30兆帕的壓力嗎” “沒有問題，我們采用了納米不銹鋼材料，不僅僅強度非常大，而且可以承受2700攝氏度的極限高溫，經過測試之后，新材料的燃燒室可以承受59兆帕是極限壓力。”秦同興解釋道。 “電機的轉速提升，你們可以和電機研究所交流合作。” “這方面，我們經常和他們在交流合作。” “嗯！” 黃豪杰在秦同興的陪同下，繼續在氫氧發動機研究所考察。 1住愛尚： 請：m.022003 銀河科技帝國 第二百四十八章 渦輪增壓
航天火箭的渦輪泵，作為火箭發動機重要組合件中唯一一個高速旋轉類機械，在業內被稱為液體火箭發動機的心臟。 它的工作原理與汽車的渦輪增壓器相似，利用燃氣驅動渦輪旋轉帶動泵工作，將火箭貯箱中的低壓推進劑進行增壓，并實時輸送給燃氣發生器和推力室進行燃燒。 液體火箭發動機渦輪泵在設計時十分強調重量輕和高性能，很多渦輪泵組件被設計成接近于技術發展水平的極限。 因此，要使渦輪泵可靠，并能適應運載火箭或者宇宙飛船的要求，就必須解決許多方面的問題。 例如：為滿足性能和重量的要求，渦輪泵必須在高速下工作，從而就必須具有在高速下滿足壽命要求的軸承和密封。 此外，泵必須具有高抽吸性能的誘導輪，以減少貯箱的壓力和重量。 目前在搞煤油液氧分級燃燒循環發動機發動機的航天機構，就是東唐和毛熊兩家。 但分級燃燒循環發動機有很多種，太陽國和米粒家用的是氫氧發動機，他們一般是高壓補氧。 火箭的核心是發動機，發動機的核心是燃料泵，因為火箭發動機本身只是一個很簡單的空腔，關鍵問題是如何給它提供足夠的燃料。 提供燃料的方式就是循環方式。 火箭發動機的循環方式，從目前的發展趨勢來看大致是：擠壓、膨脹、燃氣渦輪、電推。 燃氣渦輪下面可以分成燃氣發生器、分級燃燒、全流量分級燃燒等幾個種類。 都是用火箭燃料驅動一個小型發動機，然后驅動渦輪泵往外抽燃料。 燃氣發生器是從燃料中抽出一部分，驅動燃氣渦輪機，然后驅動渦輪泵抽更多的燃料供給主發動機。 燃氣渦輪機產生的廢氣直接排出體外，太空探索公司的梅林發動機就是這個原理，因為利用過的燃料不參加二次循環，所以也叫開式循環。 更高級一點的是分級燃燒循環，燃氣渦輪機產生的廢氣會和其他燃料一起進入主發動機再燃燒一次，避免浪費。 供給燃氣渦輪機的燃料和氧化劑有兩種混合方式，一種是燃料過剩，也就是富燃燃燒；一種是氧化劑過剩，也就是富氧燃燒。 其中富氧燃燒后的廢氣，流入主發動機需要補充更多燃料，所以叫補燃。 比分級燃燒循環再高級的，是全流量分級燃燒循環。 和抽部分燃料驅動渦輪不同，全流量是所有燃料都先燃燒一次驅動渦輪，可以提供更強大的渦輪動力，而且之后在主發動機混合后燃燒效果更好。 太空探索公司現在研制的猛禽發動機就是這種，燃料是甲烷，分別走富燃燃燒和富氧燃燒兩個預燃室，然后在主燃燒室會和。 高壓，說的是發動機的性能指標。 火箭是靠向后噴氣產生推力的，決定噴氣速度的是發動機燃燒室內部的壓力（室壓），壓力高性能就好。 而且室壓高，就意味著渦輪泵要有足夠的壓力才能把燃料送進發動機，所以渦輪泵發動機的性能肯定也會更高。 東唐航天系統的YF100的室壓是18兆帕（1兆帕等于10標準大氣壓），屬于高壓，作為對比，獵鷹9的梅林發動機不到10兆帕。 不過米粒家的絕技是低室壓高性能，土星五號的F1發動機就是低壓燃氣發生器循環。 不知不覺之間，黃豪杰的電動車已經到了氫氧發動機研究所門口。 幾個安保人員連忙跑過來。 “老板，我馬上去通知秦所長。” “不用了，我直接進去就好了。” 氫氧發動機研究所依山傍水，有一大半以上的空間是在山體或者地下。 已經聽到黃豪杰過來，所長秦同興連忙過來。 “老板，歡迎過來指導工作。” “氫氧發動機研發進度到哪里了” “我們正在研發磁懸浮軸承系統。” “去看看。” “請跟我來。” 一行人來到了一個正在研發磁懸浮軸承的實驗室里面。 一臺巨大的電動機正在瘋狂的運轉著。 “這個電動機就是我們采用了常溫超導體和強磁斥材料研發的實驗機。”秦同興指著電動機介紹起來。 航天火箭發動機的渦輪系統，和汽車上面的渦輪系統不一樣的地方，就是渦輪的動力來源。 汽車渦輪系統，按照動力來源可以劃分為三種：廢氣渦輪、機械渦輪、電動渦輪。 廢氣渦輪顧名思義，就是利用排氣管的廢氣推動渦輪；而機械渦輪，就是利用汽車的傳動系統驅動渦輪；至于電動渦輪，就是利用電池驅動電動機，從而帶動渦輪增壓。 而航天火箭發動機上面的渦輪系統，一般是兩種。 一種是小發動機渦輪，另一種是電動機渦輪。前者比較常見，后者由于電動機難以做到十幾萬以上的轉速，目前正在研發階段。 氫氧發動機研究所正在研發的，就是電動機渦輪系統。 “轉速達到多少了” “每分鐘15萬轉。” 黃豪杰滿意的點了點頭，能夠做到這個轉速，已經是非常難得了。 目前廢氣渦輪或者機械渦輪，可以達到12～16萬轉每分鐘。 但是電動機最多就1萬多轉每分鐘，這個還是直流電機，如果是交流電機，最多就3000轉每分鐘。 為什么電動機的轉速這么低 轉子動力學決定了轉子的線速度到達一定速度時(如150m/s)，離心應力超過轉子強度導致轉子部分部件脫離。 這是所有高速電機共同面臨的問題。 簡單說，就是機械強度限制了轉速。 另外對于有刷直流電機而言，轉速過高導致換向器與電刷摩擦嚴重，電弧也顯著增大，二者積聚的熱量很快會燒毀電刷。 電機端部的軸承也有一定的轉速限制，讓轉速擁有一個瓶頸。 說來說去，就是材料的問題。 如果材料達到要求，理論上直流電機的轉速可以接近無限大。 材料學恰恰是銀河科技的強項，所以在各種新材料的應用下，氫氧發動機研究所的電動機渦輪，轉速才可以達到15萬轉每分鐘。 “你們可以做到這個程度，我非常欣慰，再接再厲。” “一定不會讓老板和大家失望的。”秦同興連忙說道。 “現在燃燒室的室壓可以做到多少了”黃豪杰接著問道。 “21～22兆帕是極限，我們預計將渦輪系統的轉速提升到40～50萬轉每分鐘，這樣就可以將燃燒室的室壓提升到30兆帕左右。” “燃燒室可以承受30兆帕的壓力嗎” “沒有問題，我們采用了納米不銹鋼材料，不僅僅強度非常大，而且可以承受2700攝氏度的極限高溫，經過測試之后，新材料的燃燒室可以承受59兆帕是極限壓力。”秦同興解釋道。 “電機的轉速提升，你們可以和電機研究所交流合作。” “這方面，我們經常和他們在交流合作。” “嗯！” 黃豪杰在秦同興的陪同下，繼續在氫氧發動機研究所考察。 1住愛尚： 請：m.022003 銀河科技帝國 第二百四十八章 渦輪增壓
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