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十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

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CDer:001165907
发表于 2021-02-22 15:02 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构的设计和制造

问:运载能力是国家航天实力的直接体现。近年来,我们在火箭技术上科研创新不断,下一步,我们在提升火箭运载能力等方面将有哪些新的突破点?

牟宇:近年来,我们一直在持续不断地提升火箭的运载能力。从长征五号运载火箭的成功首飞到“嫦娥”等飞船的圆满发射,再到“天问一号”火星探测以及载人空间站建设的顺利实施,都得益于火箭运载能力的不断提升。

从型号的角度来说,“十四五”期间,我们将持续推进新一代载人运载火箭和重型运载火箭的研制。这两型火箭的成功应用,将大幅提升我国航天器进入外太空的能力。就新一代载人运载火箭而言,我们的目标主要是依托现有的箭体结构以及发动机水平,采用更先进的技术,进一步提升其负载能力。而对于重型运载火箭,则要突破现有火箭的直径以及发动机的推力,研制出有更大牵引力的发动机,使火箭的近地轨道运载能力达到150吨,也就是现役长征五号运载火箭的6倍左右,以此为后续更远距离的深空探测以及将来可能的月球基地建设等提供支持。

目前,这两个型号的火箭还没有立项。所以,我们在“十四五”期间的任务,一是实现新一代运载火箭的立项和首飞,另一个是突破火箭研制过程中的关键技术。

从关键的技术上来说,首先,运载能力的提升简单说来就是要让火箭的推力更大。而推力更大就意味着火箭发动机的能力更强。所以我们也在持续推进大推力、无污染的发动机的研制,希望能实现发动机推力400多吨级的提升。

其次,我们要尽可能精简火箭本身的一些结构和部件,使得火箭的运载能力能更多地用在有效载荷上。在这一块,我们可以采用一种大直径的箭体结构。目前,我们箭体的最大直径是5米,后续我们要突破10米级箭体结构的设计和制造。同时,我们会在火箭制造上采用一些新材料,比如铝锂合金这种复合材料,它比现有铝合金材料和钢材料的性能更好,能使火箭的结构重量更轻。

最后,我们要持续提高火箭的总体设计水平。一是要提高精细化的设计水平。以前,为了使火箭的运载能力能应对各种偏差,我们会进行一种基于偏差的设计,在不知晓偏差大小的情况下,为确保发射的成功,我们只好将偏差取得更大些,也就是留出更多设计余量。但这样也会造成火箭运载能力的不足。现在,我们试图通过提升设计的精细化水平,把这部分余量拿出来。二是要加强多学科、多专业的融合设计。以往各个专业的设计都要留有设计余量,这些量加在一起就是一个很大的数。而融合设计可以使各专业的余量实现共享,减少整体的设计余量,使火箭的运载能力得到进一步提升。

https://ms.mbd.baidu.com/r/ibE7LiFnRm?f=cp&u=de9dfaee46206c43
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CDer:001083921
发表于 2021-02-22 18:04 超大游击队员 | 显示全部楼层
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt那运载系数连土5都不如,比土5推力大1000t,发动机比冲高20来秒,运载能力就比土5高个30来吨,搞成了巨型cz7
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CDer:001066172
发表于 2021-02-22 18:29 超大游击队员 | 显示全部楼层
庞加莱回归 发表于 2021-02-22 18:04
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt ...

921试验箭体都用上液氧煤油共底了,重点服务深空探测的长9也该与时俱进为好

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CDer:000065026
发表于 2021-02-22 18:37 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

庞加莱回归 发表于 2021-02-22 18:04
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt ...

cz9推重比1.42,余量大着呢
土星5,推重比1.15-1.17,基本潜力都透支光了
cz9本身计划就4个档位,基本型,拓展型,增强型和核热型
现在运力是拓展型和增强型之间,也就是140t(起飞重量4000t级)
长九原来的增强型是起飞重量4500t,推力在5600-6000t级。运力150t
PPT上的长九,推力达到增强型的标准,起飞质量还是拓展型的。
这一代运载火箭,起飞推重比,一般就1.25上下浮动。长九1.42的推比
其实过大了。所以长九的数据不高是藏拙,故意的。
长九不干其他的,现在3.4%的运载系数是2级半的运载系数。
仅仅把2级半改成三级半,运力就能远超土星5,运载系数就反超土星5了
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CDer:000893171
发表于 2021-02-22 18:39 | 显示全部楼层
十四五只能立个项开个头,出结果得15/16了吧
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CDer:000065026
发表于 2021-02-22 18:41 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

NIRGUN 发表于 2021-02-22 18:29
921试验箭体都用上液氧煤油共底了,重点服务深空探测的长9也该与时俱进为好

不需要与时俱进...长九再搞共底就太矮了...
你们忽略一件事,长九是4助推的,燃料大头都在助推里面。
2000t不到的。光杆能撑这么高的火箭(长九和土星5体积差不多,4发的光杆构型目前小1000t重量,密度小多少?),已经很难了
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CDer:000065026
发表于 2021-02-22 18:54 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

无状态 发表于 2021-02-22 18:39
十四五只能立个项开个头,出结果得15/16了吧

长九干15年。从2021一直干到2035年
2030年首飞状态A版长九
2035年,完全版长九(也就是复用版长九),也就是中国下一代运载火箭的首箭,才会首飞。

大家想一下,2035年,是中国目前公开的航天计划的阶段性验收。包括复用,组合动力,航班化等等。2035年之后呢?
根据我收集的信息,2035年之后,现在已经开始研发,但没有大量宣传的下一代运载火箭就会开始首飞。
这个下一代运载火箭,就是长九复用完全版,因为下一代运载火箭,智慧化和重复使用能力是必须(也就是经济化特性)。而下一代运载火箭,箭体主要是10m,7.5m,5m级,3m级不会搞了,因为没有发展空间。3m级就全面交给民营航天去玩,少数民营航天可能能干5m级
但是5m以上,只能国家队。

对于国家队来说,5m级其实有新921,之后就没得玩了。
5m复用的方案,现在很清晰,就7发YF100k和1xYF130+2xYF100k,或2xYF130+1xYF100三个方案。
而中间的就是长九复用的最优方案。所以集中力量干一个大型号,一个型号系列,运力覆盖从10t(5m助推复用)一直到200t就全解决了。之后腾出精力干其他的了。
PS,长九复用完全版首飞2035年之后,大量应用估计在2040年前后

所以,我说长九现在就是世界上最NB的重型运载方案,没有之一
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CDer:000656765
发表于 2021-02-22 18:54 超大游击队员 | 显示全部楼层
希望两会后能有921和长九同时立项的消息!
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CDer:000865569
发表于 2021-02-22 18:58 超大游击队员 | 显示全部楼层
支持J8 发表于 2021-02-22 18:41
不需要与时俱进...长九再搞共底就太矮了...
你们忽略一件事,长九是4助推的,燃料大头都在助推里面。
2 ...

火箭不是长径比不能太大么?太小也不行嘛?
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CDer:000865569
发表于 2021-02-22 19:04 超大游击队员 | 显示全部楼层
支持J8 发表于 2021-02-22 18:54
长九干15年。从2021一直干到2035年
2030年首飞状态A版长九
2035年,完全版长九(也就是复用版长九), ...

CZ9的芯级回收方案是什么样的呢?
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CDer:001160625
发表于 2021-02-22 19:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
庞加莱回归 发表于 2021-02-22 18:04
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt ...

不要这么简单看数据 比如长五数据也不漂亮 不过仔细去看看这几次发射 打sj20的时候 根本不把卫星打到gto然卫星耗费能量去飘到geo去。而是直射geo。打嫦娥五还是天问都是直射lto转移轨道。节约了多少载荷上的燃料。光比ppt数据 看看猎鹰重猎 重来没打过哪怕接近ppt数据的载荷
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CDer:000241062
发表于 2021-02-22 19:32 超大游击队员 | 显示全部楼层
庞加莱回归 发表于 2021-02-22 18:04
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt ...

不是说长征9潜力有180吨(LEO)
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CDer:000395508
发表于 2021-02-22 19:35 超大游击队员 | 显示全部楼层
庞加莱回归 发表于 2021-02-22 18:04
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt ...

造二级空天飞机,母机的动力和机体说不定要用到这些技术。
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CDer:000065026
发表于 2021-02-22 21:52 超大游击队员 | 显示全部楼层
愚哉子安 发表于 2021-02-22 19:04
CZ9的芯级回收方案是什么样的呢?

4组和助推一样的大小发方案,一套1xYF130+2xYF100k为一组发动机,此为虚拟发动机编组。芯级4组,助推各1组。长征6x即是此方案的技术验证平台。为长九复用方案做预研(需要放大发动机量级),长九2级也是大小发方案,大概率是yf77d做小发。
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CDer:000065026
发表于 2021-02-22 21:55 超大游击队员 | 显示全部楼层
愚哉子安 发表于 2021-02-22 18:58
火箭不是长径比不能太大么?太小也不行嘛?

不确定,这涉及到飞控的设计。我判断不了。只是感觉长径比差太大,飞控的飞行控制律设计很麻烦。
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CDer:001091542
发表于 2021-02-22 22:07 超大游击队员 | 显示全部楼层
支持J8 发表于 2021-02-22 18:37
cz9推重比1.42,余量大着呢
土星5,推重比1.15-1.17,基本潜力都透支光了
cz9本身计划就4个档位,基本型 ...

助推构型的火箭,运载系数不及光杆型。
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CDer:000173497
发表于 2021-02-22 22:59 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

支持J8 发表于 2021-02-22 18:54
长九干15年。从2021一直干到2035年
2030年首飞状态A版长九
2035年,完全版长九(也就是复用版长九), ...

如果研发顺利,我猜测实际应用会快很多,现在还没立项的最大的原因就是前期研发还没完整的阶段性成果,达不到可行性研究的论证需求
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CDer:000973835
发表于 2021-02-23 01:24 超大游击队员 | 显示全部楼层
愚哉子安 发表于 2021-02-22 18:58
火箭不是长径比不能太大么?太小也不行嘛?

太大结构刚度会出问题,也不好控制。太小运力会降低,如果贮箱很扁,也会对燃料输送带来问题。
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CDer:000973835
发表于 2021-02-23 01:40 超大游击队员 | 显示全部楼层
rodarking 发表于 2021-02-22 22:07
助推构型的火箭,运载系数不及光杆型。

没证据表明助推构型运载系数不如光杆构型,相反很多火箭带助推版本运载系数都优于不带助推版本。长三乙就比光杆的长三甲GTO运载效率高,德尔塔四光杆更是比德尔塔四H差不少。
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CDer:000515401
发表于 2021-02-23 01:44 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

rodarking 发表于 2021-02-22 22:07
助推构型的火箭,运载系数不及光杆型。

是吗?如果找出反例咋办?说话过过脑子
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CDer:001163912
发表于 2021-02-23 11:39 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

支持J8 发表于 2021-02-22 21:52
4组和助推一样的大小发方案,一套1xYF130+2xYF100k为一组发动机,此为虚拟发动机编组。芯级4组,助推各1 ...



助推为何不用 2xYF130+1xYF100k 做回收方案, 推力还增加一些
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CDer:000065026
发表于 2021-02-23 11:54 超大游击队员 | 显示全部楼层
robertli0755 发表于 2021-02-23 11:39
助推为何不用 2xYF130+1xYF100k 做回收方案, 推力还增加一些

和芯级虚拟发动机共用一套发控体系,简化系统复杂性。不然是两套发控系统,实验麻烦(千吨以上地面发控配套测试,可能超出现在规划的千吨级试车台),代价大额外成本大,加大了系统复杂性,所以短期内不可能考虑,20年后再说吧,虚拟发控把发动机架构统一了,对于上层飞控就简化设计和控制难度。你说的方案虽然推力更大,但是实际对于火箭是一级搞出2种虚拟发动机,飞行控制难度加大(目前阶段来说,引入的新技术已经够多了,不宜再加。这是系统工程思维,不是把最好的堆在一起,一定就是最强的最好的,可能是次优甚至是比较差的结果,因为最优的系统之间也会有互斥比较严重的)。重型运载的发动机实验,千吨以下助推应该是新建的试车台(新921和长九助推都可以),芯级试车,和sls类似,用发射架改。500吨的试车台,其实一开始就是预备给4发煤油布局5m芯级试车用。
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CDer:001178910
发表于 2021-02-23 12:08 超大游击队员 | 显示全部楼层
庞加莱回归 发表于 2021-02-22 18:04
cz9搞成传统的巨型火箭我也支持,毕竟国家队不是纯商业企业,必须所有路线都要铺开探路,但是目前放出的ppt ...

不能只看运力,还要看成本,土星二级就是液氢液氧,而长9二级是液氧煤油,成本相差很大。还有土星是光杆结构,结构重量低,但是适用性差,没有组合形式获得多档位运力的优势了。
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CDer:000065026
发表于 2021-02-23 12:18 超大游击队员 | 显示全部楼层
guoyanbin 发表于 2021-02-23 12:08
不能只看运力,还要看成本,土星二级就是液氢液氧,而长9二级是液氧煤油,成本相差很大。还有土星是光杆 ...

长九2/3级也是氢氧
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CDer:001163912
发表于 2021-02-23 12:23 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

支持J8 发表于 2021-02-23 11:54
和芯级虚拟发动机共用一套发控体系,简化系统复杂性。不然是两套发控系统,实验麻烦(千吨以上地面发控配 ...


虚拟发动机,海平面推力 750吨,用于 5米箭径的 可回收火箭一级 也是可以的,比较简洁

相当于把助推拿来做一级
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CDer:001163912
发表于 2021-02-23 12:25 | 显示全部楼层
有了 YF-130和 YF-100 两款不错的发动机, 可以玩出很多的组合花样

脉动线大批量生产, 可以向民企卖, 价廉物美
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CDer:001207902
发表于 2021-02-23 12:28 超大游击队员 | 显示全部楼层
guoyanbin 发表于 2021-02-23 12:08
不能只看运力,还要看成本,土星二级就是液氢液氧,而长9二级是液氧煤油,成本相差很大。还有土星是光杆 ...

长9二级是液氢液氧,yf90是220吨氢氧发动机。
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CDer:001155248
发表于 2021-02-23 12:43 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

老月牙 发表于 2021-02-22 18:54
希望两会后能有921和长九同时立项的消息!

NGCLV明确2025首飞,虽然没立项,时间表已经有了。
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CDer:000065026
发表于 2021-02-23 20:07 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

robertli0755 发表于 2021-02-23 12:25
有了 YF-130和 YF-100 两款不错的发动机, 可以玩出很多的组合花样

脉动线大批量生产, 可以向民企卖,  ...

YF100深变推10:1的需求,只有可能是为重型运载的复用准备的。
其他已知的复用方案YF100都不需要10:1的深变推,做到30%节流就OK了
而中国目前基本要完成5:1的YF100技术状态演示,目标是10:1。
YF100只有用于大小发方案,实现垂直复用,才需要攻关10:1的深变推技术
因为2xYF100和1xYF130的喷管布局,2台YF100是长边(4个喷管中心点形成的十字虚线)
YF130的双喷管是短边。因为发动机偏置太多,所以只可能双发复用。
根据已知的信息来看长九5m助推的重量可能只有40t上下(38-42t结构重量)。
1台YF100的10%推力是12.5t。两台就是25t。可以降落
如果2台是20%的节流推力,总推力就是50t,助推必须增重才能降落。
所以YF100技术攻关10:1节流,只有一个可能是,为长九的复用方案的大小发构成的虚拟发动机做准备。

长九复用方案的公开,有两个前提
1. CZ6x复用方案的技术演示成功
2. YF100的10:1深变推复用的成功演示
这两个关键节点完成后。
长九的复用型,才可能对外曝光和承认

土鸡现在说的都是基于文献数据的推测。
大家信不信都可以。
可以等3-5年,我估计3-5年左右这两个验证都能完成
然后重型复用火箭的设想就会正式公开(现在已经被
我分析的七七八八了,我估计宇航所也只能苦笑,顺
其自然)

当长九有了复用光环加冕,所有人会发现,目前已知的
所有的重型运载(星舰、SLS等等),在长九的体系设
计面前,都是那么苍白无力。

中国航天强国的地位也就在这天,在中国航天迷心中真
正的建立起来了
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CDer:000028599
发表于 2021-02-23 20:10 超大游击队员 | 显示全部楼层
支持J8 发表于 2021-02-22 18:37
cz9推重比1.42,余量大着呢
土星5,推重比1.15-1.17,基本潜力都透支光了
cz9本身计划就4个档位,基本型 ...

加油研制吧
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CDer:000865569
发表于 2021-02-26 16:12 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

本帖最后由 愚哉子安 于 2021-02-26 16:14 编辑
支持J8 发表于 2021-02-23 20:07
YF100深变推10:1的需求,只有可能是为重型运载的复用准备的。
其他已知的复用方案YF100都不需要10:1的深 ...


这个复用方案的话,YF100作为小发推力还是太大了点呀。
10/1的变推感觉难度相当大啊,不知道会如何实现?
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CDer:000065026
发表于 2021-02-26 18:56 | 显示全部楼层

RE: 十四五”期间力争实现火箭发动机推力400多吨级的提升,突破10米级箭体结构

愚哉子安 发表于 2021-02-26 16:12
这个复用方案的话,YF100作为小发推力还是太大了点呀。
10/1的变推感觉难度相当大啊,不知道会如何实 ...

看文献。基本上5:1的已经搞定,准备实验,在做突破10:1的准备。国家评估是100吨级10:1是能搞定的(5年前就在搞了),这个你就不用担心了。担心也没用
但是100t级10:1的发动机出来,中国火箭动力就是走上王者之巅,与美帝平起平坐,可谈互有长短的问题了。

YF100 10:1推力2台。最小推力是25t
完全可以用于5m芯级的回收,长九助推和新921的芯一级结构重量是30-40t之间
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