第二百四十八章 涡轮增压

    航天火箭的涡轮泵，作为火箭发动机重要组合件中唯一一个高速旋转类机械，在业内被称为液体火箭发动机的心脏。

    它的工作原理与汽车的涡轮增压器相似，利用燃气驱动涡轮旋转带动泵工作，将火箭贮箱中的低压推进剂进行增压，并实时输送给燃气发生器和推力室进行燃烧。

    液体火箭发动机涡轮泵在设计时十分强调重量轻和高性能，很多涡轮泵组件被设计成接近于技术发展水平的极限。

    因此，要使涡轮泵可靠，并能适应运载火箭或者宇宙飞船的要求，就必须解决许多方面的问题。

    例如：为满足性能和重量的要求，涡轮泵必须在高速下工作，从而就必须具有在高速下满足寿命要求的轴承和密封。

    此外，泵必须具有高抽吸性能的诱导轮，以减少贮箱的压力和重量。

    目前在搞煤油液氧分级燃烧循环发动机发动机的航天机构，就是东唐和毛熊两家。

    但分级燃烧循环发动机有很多种，太阳国和米粒家用的是氢氧发动机，他们一般是高压补氧。

    火箭的核心是发动机，发动机的核心是燃料泵，因为火箭发动机本身只是一个很简单的空腔，关键问题是如何给它提供足够的燃料。

    提供燃料的方式就是循环方式。

    火箭发动机的循环方式，从目前的发展趋势来看大致是：挤压、膨胀、燃气涡轮、电推。

    燃气涡轮下面可以分成燃气发生器、分级燃烧、全流量分级燃烧等几个种类。

    都是用火箭燃料驱动一个小型发动机，然后驱动涡轮泵往外抽燃料。

    燃气发生器是从燃料中抽出一部分，驱动燃气涡轮机，然后驱动涡轮泵抽更多的燃料供给主发动机。

    燃气涡轮机产生的废气直接排出体外，太空探索公司的梅林发动机就是这个原理，因为利用过的燃料不参加二次循环，所以也叫开式循环。

    更高级一点的是分级燃烧循环，燃气涡轮机产生的废气会和其他燃料一起进入主发动机再燃烧一次，避免浪费。

    供给燃气涡轮机的燃料和氧化剂有两种混合方式，一种是燃料过剩，也就是富燃燃烧；一种是氧化剂过剩，也就是富氧燃烧。

    其中富氧燃烧后的废气，流入主发动机需要补充更多燃料，所以叫补燃。

    比分级燃烧循环再高级的，是全流量分级燃烧循环。

    和抽部分燃料驱动涡轮不同，全流量是所有燃料都先燃烧一次驱动涡轮，可以提供更强大的涡轮动力，而且之后在主发动机混合后燃烧效果更好。

    太空探索公司现在研制的猛禽发动机就是这种，燃料是甲烷，分别走富燃燃烧和富氧燃烧两个预燃室，然后在主燃烧室会和。

    高压，说的是发动机的性能指标。

    火箭是靠向后喷气产生推力的，决定喷气速度的是发动机燃烧室内部的压力（室压），压力高性能就好。

    而且室压高，就意味着涡轮泵要有足够的压力才能把燃料送进发动机，所以涡轮泵发动机的性能肯定也会更高。

    东唐航天系统的YF100的室压是18兆帕（1兆帕等于10标准大气压），属于高压，作为对比，猎鹰9的梅林发动机不到10兆帕。

    不过米粒家的绝技是低室压高性能，土星五号的F1发动机就是低压燃气发生器循环。

    不知不觉之间，黄豪杰的电动车已经到了氢氧发动机研究所门口。

    几个安保人员连忙跑过来。

    “老板，我马上去通知秦所长。”

    “不用了，我直接进去就好了。”

    氢氧发动机研究所依山傍水，有一大半以上的空间是在山体或者地下。

    已经听到黄豪杰过来，所长秦同兴连忙过来。

    “老板，欢迎过来指导工作。”

    “氢氧发动机研发进度到哪里了?”

    “我们正在研发磁悬浮轴承系统。”

    “去看看。”

    “请跟我来。”

    一行人来到了一个正在研发磁悬浮轴承的实验室里面。

    一台巨大的电动机正在疯狂的运转着。

    “这个电动机就是我们采用了常温超导体和强磁斥材料研发的实验机。”秦同兴指着电动机介绍起来。

    航天火箭发动机的涡轮系统，和汽车上面的涡轮系统不一样的地方，就是涡轮的动力来源。

    汽车涡轮系统，按照动力来源可以划分为三种：废气涡轮、机械涡轮、电动涡轮。

    废气涡轮顾名思义，就是利用排气管的废气推动涡轮；而机械涡轮，就是利用汽车的传动系统驱动涡轮；至于电动涡轮，就是利用电池驱动电动机，从而带动涡轮增压。

    而航天火箭发动机上面的涡轮系统，一般是两种。

    一种是小发动机涡轮，另一种是电动机涡轮。前者比较常见，后者由于电动机难以做到十几万以上的转速，目前正在研发阶段。

    氢氧发动机研究所正在研发的，就是电动机涡轮系统。

    “转速达到多少了?”

    “每分钟15万转。”

    黄豪杰满意的点了点头，能够做到这个转速，已经是非常难得了。

    目前废气涡轮或者机械涡轮，可以达到12～16万转每分钟。

    但是电动机最多就1万多转每分钟，这个还是直流电机，如果是交流电机，最多就3000转每分钟。

    为什么电动机的转速这么低?

    转子动力学决定了转子的线速度到达一定速度时(如150m/s)，离心应力超过转子强度导致转子部分部件脱离。

    这是所有高速电机共同面临的问题。

    简单说，就是机械强度限制了转速。

    另外对于有刷直流电机而言，转速过高导致换向器与电刷摩擦严重，电弧也显著增大，二者积聚的热量很快会烧毁电刷。

    电机端部的轴承也有一定的转速限制，让转速拥有一个瓶颈。

    说来说去，就是材料的问题。

    如果材料达到要求，理论上直流电机的转速可以接近无限大。

    材料学恰恰是银河科技的强项，所以在各种新材料的应用下，氢氧发动机研究所的电动机涡轮，转速才可以达到15万转每分钟。

    “你们可以做到这个程度，我非常欣慰，再接再厉。”

    “一定不会让老板和大家失望的。”秦同兴连忙说道。

    “现在燃烧室的室压可以做到多少了?”黄豪杰接着问道。

    “21～22兆帕是极限，我们预计将涡轮系统的转速提升到40～50万转每分钟，这样就可以将燃烧室的室压提升到30兆帕左右。”

    “燃烧室可以承受30兆帕的压力吗?”

    “没有问题，我们采用了纳米不锈钢材料，不仅仅强度非常大，而且可以承受2700摄氏度的极限高温，经过测试之后，新材料的燃烧室可以承受59兆帕是极限压力。”秦同兴解释道。

    “电机的转速提升，你们可以和电机研究所交流合作。”

    “这方面，我们经常和他们在交流合作。”

    “嗯！”

    黄豪杰在秦同兴的陪同下，继续在氢氧发动机研究所考察。

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