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楼主: 高凉陈君
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[原创] 二十一世纪中国研制载人登月级火箭最佳的技术路径

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iamanewbee 发表于 2019-7-6 05:50 | 显示全部楼层
高凉陈君 发表于 2019-7-1 16:04
欧洲的火神1发动机作为中国YF77发动机的老师,但其氧泵轴系的转速也只有13500rPm,为何中国YF77的氧泵轴系 ...

"高凉陈君认为...总体部对YF77发动机的总重作出了严格的要求限制...工程师们...在...重量限制条件下榨压出更高的功率,最后将YF77氧泵轴系的转速做高到18000rPm的极端水平...YF77的氧泵轴系最后玩完了。"

这段话是完全错误的: 氧泵转速和重量并非是反比关系。帖一个日本LE7A的氧泵转速和火箭总重的关系图,可以清楚地看到,日本的18300转是个转速最优解,不是极限压榨解。氧泵转速上3万rpm毫无问题,只是为了最优降到了18300转。中国的yf77也是一样的道理。

所以,建议楼主不要再提转速过高,以免误导。

h-ii LOX turbopump.jpg
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 07:31 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
不是这个意思。

我是说以目前国内的因康镍718合金材料的强度水平,还不足以支持中国将YF77发动机的氧泵轴系做得那么纤细,并依旧还能够维持高达18000rPm转速时氧泵轴系强度的安全可靠性。

并不是说人类氧泵轴系的转速天生无法做到18000rPm的高度,而是说目前版中国纤细的YF77发动机的氧泵轴系的强度不能支撑高达18000rPm的工作转速。



其道理就与农村的砖混结构楼房无法做到200米的高度,3岁小男孩无法背负100公斤的重物上泰山顶峰一模一样。

如果再不明白,可参考大众速腾轿车当年断轴的故障案例。


 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 07:52 | 显示全部楼层
大型主芯级发动机系列。

(1),A,火神1氢氧发动机。

欧洲火神1的氢泵转速34000RPM,氧泵转速13500RPM(来自孙国庆《火神(HM60)发动机的研制进展》一文)。

B,火神2氢氧发动机。

火神2的氢泵转速34000RPM,氧泵转速12600RPM(来自《用于阿里安5改进型的火神MK2发动机》一文,作者:罗文,杨瑞亭)

(2),A,LE7氢氧发动机。

氢泵转速为42200RPM,氧泵转速为18100RPM(北城百科网)

B,LE7A氢氧发动机。

日本LE7A的氢泵转速42200RPM,氧泵转速18300RPM(百度百科)。

C,日本LEX(即LE9)氢氧发动机氢泵转速40200RPM,氧泵转速15800RPM(数据来自于《超级大本营军事论坛》的CMJ9808网友,2008年11月3日发表于《关于膨胀循环燃烧》一贴)。

(3),SSME氢氧发动机(冷战时代的神器)。

美国SSME的氢泵,低压涡轮泵转速(预压泵)16185RPM,高压涡轮泵转速35360RPM;氧泵,低压涡轮泵(预压泵)转速5150RPM,高压涡轮泵转速28120RPM(百度百科)。

(4),RD0120氢氧发动机(冷战时代的神器)

原苏联RD0120的氢泵,低压涡轮泵(预压泵)转速15155RPM,高压涡轮泵转速32080RPM;氧泵,低压涡轮泵(预压泵)转速3332RPM,高压涡轮泵转速12726RPM(来源《帝国的余辉——苏联能源号火箭主发动机RD0120简介》一文)。

(5)YF77氢氧发动机。

YF77氢泵转速35000RPM、氧泵转速18000RPM(数据来源《航天航天港论坛》的JOKI网友)。(5)YF77氢氧发动机。


不仅是欧洲的火神,实际上发展到LEX,日本大型氢氧发动机氢泵与氧泵的转速也都降低下来了。

毕竟发动机的高转速、压榨高功率与如何维持产品的高可靠性、维持生产工艺的简便经济性之间都存在一个合理的“妥协折衷区间”,超出了这个合理区间总体而言就得不偿失了。

否则在人类的汽车等等工业产品领域,各式各样高转速、高功率的“红头机、鸡血机”早就遍地开花了。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 09:00 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
高凉陈君认为,从大方向而言为中国YF77发动机完全重新设计一个氧泵才是最佳的解决方案,一了百了。

反正空间站,嫦娥五号与火星探测器都是民用的产品,反正也都推迟,也不在乎再拖延2,3年时间。

退一万步,以后还有921火箭兜底。不怕发展不了。

iamanewbee 发表于 2019-7-6 09:01 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
高凉陈君 发表于 2019-7-6 07:31
不是这个意思。

我是说以目前国内的因康镍718合金材料的强度水平,还不足以支持中国将YF77发动机的氧泵 ...

呵呵,中国合金不支持18000转?那氢泵的转轴肯定是进口的了。

几年前太空叉的泵也出现裂缝,还是两种不同类型的裂缝,按你的逻辑就是太空叉的合金不足以支持高转速了。但实际解决方案和转速毫无关系。

yf77 氧泵转轴出现裂缝,和氧泵转速太高,这两者之间的跨度太大,不能像你这么武断下定论的。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 09:10 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
彻底吃透,吃精一款YF77发动机远远要比盲目上马众多氢氧发动机研制项目要好得多。

国际上美国的RL10氢氧发动机就是著名的成功案例。

1717jy 发表于 2019-7-6 09:35 | 显示全部楼层
iamanewbee 发表于 2019-7-6 09:01
呵呵,中国合金不支持18000转?那氢泵的转轴肯定是进口的了。

几年前太空叉的泵也出现裂缝,还是两种不 ...

除了转速就是秒数,不得不让人怀疑某些人数学水平停留在义务教育阶段,整篇论文只看得懂阿拉伯数字。
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 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 09:59 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
高凉陈君现在高度怀疑中国YF77的氧泵就是通过将YF75上面级氧泵简单放大而得来的。

因此才胆敢地面试车累积时间不过37000秒,也不进行1000秒的地面长程考核试车就装箭首飞。

知其然而不知其之所以然,也因此最后玩砸了。


iamanewbee 发表于 2019-7-6 10:15 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
1717jy 发表于 2019-7-6 09:35
除了转速就是秒数,不得不让人怀疑某些人数学水平停留在义务教育阶段,整篇论文只看得懂阿拉伯数字。

用数据说话没问题,定量比泛泛定性的讨论更好。但是不能只看数字不懂含义,不能看见欧洲valcain2的12600转就立刻说yf77的转速高了。两个泵的直径都不同,怎么能够武断比较转速?

还有,转速太高要降速,降速难道就更容易做?火箭燃料流速要求是不会变化的,所以降速的氧泵势必直径更大,横截面更大,牵一发动全身。这样的大改,怎么就比提高制造工艺消除裂缝更容易?怎么就知道氧泵改大以后不会在其他部位出裂缝,出泄露,出共振。。。?
1717jy 发表于 2019-7-6 10:34 | 显示全部楼层
iamanewbee 发表于 2019-7-6 10:15
用数据说话没问题,定量比泛泛定性的讨论更好。但是不能只看数字不懂含义,不能看见欧洲valcain2的12600 ...

某人经常提到的论文里说得清清楚楚,火神2的氧泵保留了火神1的转轴和轴承,为了达到提高氧泵流量的设计目标只能放大离心泵,由此导致的必然结果就是转速下降!!!!!
但是不说这个原因,只说两种泵的转速,容易误导别人产生“火神1的氧泵转速太高没有可靠性,所以火神2必须靠降转速来提高可靠性”的错误联想
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 10:43 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
日本LE7演进到LE7A。

欧洲火神1演进到火神2。

实际上都是等同于推倒重来了。

现在中国的YF77如果必须重新研制氧泵,再演进到YF77A,也一样可以认为是推倒重来了。

而高凉陈君是坚决支持YF77发动机重新研制全新的氧泵,一了百了的。

反正空间站与嫦娥五号,火星探测器也不是什么事关国家安全的军事产品,再推迟2,3年时间发射也无伤国本。

至多是少发几百篇《自然》,《科学》杂志的论文与面子不好看而己。

但面子又不能当饭吃。


 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 11:08 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
日本的LEx也一样降低了氧泵的转速,至少在欧洲与日本,研制大型氢氧发动机走低速氧泵的发展趋势非常明显了。
喵科动物 发表于 2019-7-6 11:59 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
iamanewbee 发表于 2019-7-6 05:50
"高凉陈君认为...总体部对YF77发动机的总重作出了严格的要求限制...工程师们...在...重量限制条件下榨压 ...

求论文出处
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 12:10 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
找到一款国内神秘发动机(应该为YF75D,但文中没有说出来)氢泵转速的设计数据,高达70000rpM。

来自于《径流式涡轮在膨胀循环发动机氢涡轮泵中的应用》一文,发表于《火箭推进》,2012年,3期,作者杨凡,叶小明,京11所的。

遗憾的是依旧没有氧泵转速数据。

事实上国内关于氢氧发动机氧泵的研究论文非常少,氢泵的研究文章倒是数量庞大。

这也表明国内一直没有人认为氢氧发动机的氧泵研制“是个事”,结果YF77发动机就是在氧泵轴系这个阴沟里翻了船。

hand 发表于 2019-7-6 13:54 | 显示全部楼层
高凉陈君 发表于 2019-7-6 07:31
不是这个意思。

我是说以目前国内的因康镍718合金材料的强度水平,还不足以支持中国将YF77发动机的氧泵 ...

我觉得并不单纯是材料的问题,更像是设计研制人员对轴系在实际运转中的振动模式没摸清,变形量,热效应,超出预想(对氧泵难度预估不足),高速轴承理论偏离实际(经验不足)最后造成YF77泵轴系安全裕度不足。决不会单单只是材料,或者工艺上的问题。
 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 15:42 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
一切皆有可能。

根据bomber网友的发言,在YF77发动机的早期开发阶段,YF77发动机还发过燃烧不稳定的低级事故。

这表明京11所在进行YF77氢氧发动机的研制时,那怕是在原理理论层面都存在重大的准备不足问题。就更不要说是工程实践经验的极度缺泛了。

现在回过头去梳理分析,可以发现YF77发动机的氧泵极象YF75上面级氢氧发动机氧泵的简单放大版本,高速氧泵络线一脉相承,最后搞砸了。

 楼主| 高凉陈君 发表于 2019-7-6 16:05 | 显示全部楼层
(二)        小型低温上面级发动机系列。

1, YF75上面级氢氧发动机的氢泵转速为40000RPM,氧泵转速为20000RPM。来源于《超级大本营军事论坛》的ISGUIRREL网友。

      2,HM7B上面级氢氧发动机的氢泵转速59300RPM,氧泵转速为12650RPM。来源于《超级大本营军事论坛》的ISGUIRREL网友。

      3,VINCI上面级氢氧发动机的氢泵转速为85000RPM(来自于《极端环境下超高速旋转的混合陶瓷球轴承》一文,原文翻译自日本,由国内《机械设计》编辑部转载)。氧泵转速还无法找到。

      注:VINCI发动机真空推力为18吨,每秒液氧流量33点7千克,液氢流量5点8千克。数据来源《知乎》的《飞机发动机在地面上是如何进行测试的》一文。

      4,A,LE5上面级氢氧发动机的氢泵转速为50000RPM,氧泵转速为16000RPM。

       B,LE5A上面级氢氧发动机的氢泵转速为51000RPM,氧泵转速为17000RPM。

       C,LE5B上面级氢氧发动机的氢泵转速为52000RPM,氧泵转速为18000RPM。

         以上日本三款上面级发动机的数据都来自于WIKI。

         5,RL10上面级氢氧发动机。未能够找到数据。
        
6        ,RD0146上面级氢氧发动机的氢泵转速高达125000RPM(来自北城百科网)。

RD0146发动机的氢泵转速要比日本角田研究所2003年研制的转速达120000RPM的氢泵轴承还要高(来自于《极端环境下超高速旋转的混合陶瓷球轴承》一文,原文翻译自日本,由国内《机械设计》编辑部转载)。

但RD0146发动机氧泵的转速数据还没有找到。

7 ,CECE登月舱变推力低温发动机的氢泵转速为30250RPM,氧泵转速为12100RPM。其临界转速氢泵为65000RPM,氧泵为40000RPM(数据来自《火箭推进》2014年8月的《登月舱用深度变推下降级发动机系统方案研制》一文,作者刘登丰、黄仕启,北京航天动力研究所)。

8,找到一款国内神秘发动机(应该为YF75D,但文中没有说出来)氢泵转速的设计数据,高达70000RPM。来自于《径流式涡轮在膨胀循环发动机氢涡轮泵中的应用》一文,发表于《火箭推进》2012年第3期,作者杨凡、叶小明,来自于京11所。遗憾的是依旧没有这款氢氢上面级发动机氧泵的转速数据。事实上国内关于氢氧发动机氧泵的研究论文非常稀少,而氢泵的研究文章却数量庞大。这也表明国内一直没有人认为氢氧发动机的氧泵研制“是个事(即不值得去关注)”,结果YF77发动机现在偏偏就是在氧泵轴系这个大阴沟里翻了船。

从这个表可以看到在2000到2005年左右,欧洲的斯奈克玛与日本角田研究所就已经分别开发出转速高达85000RPM与120000RPM的“鸡血机”上面级发动机氢泵了。

但在同时期开发的火神2与LEX大型氢氧发动机的氧泵时,除欧洲依旧走低速氧泵路线外,日本人也不约而同改为走低速氧泵路线了。

LEX发动机的氧泵转速只有15800RPM,比LE7A氧泵高达18300RPM的转速要大幅度下降。

因此,后来欧洲与日本人不约而同改走低速氧泵路线一定存在“某些现在还不为人知”的深层原因,有必要好好深入分析。
1717jy 发表于 2019-7-6 16:14 | 显示全部楼层
火神2的氧泵转速降低是因为使用了火神1的转轴和轴承,节省研制成本,根本出发点可不是什么“转速太高,得降下来”。
supsauce 发表于 2019-7-6 19:45 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
hand 发表于 2019-7-6 13:54
我觉得并不单纯是材料的问题,更像是设计研制人员对轴系在实际运转中的振动模式没摸清,变形量,热效应, ...

事实上国内根本没有靠谱的能摸清振动模式的设计水平,搞出来的是什么鬼两眼一摸黑,只能靠硬试,yf77这种试验时间不足的就只能靠运气了
1134615818 发表于 2019-7-12 17:43 | 显示全部楼层
好在921火箭根本就不用YF-77发动机,,,,第三级是用两台YF-75D
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