关于YF77发动机氧泵的系列重要论文与及未来改进展望

高凉陈君 2019-09-08

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关于YF77发动机氧泵的系列重要论文与及未来改进展望

1，搜索到《火箭发动机涡轮泵高速柔性转子动力学设计与实验研究》一文。本文是哈工大的硕士学位论文，但写作的时间非常之早，对了解YF77发动机的早期研发史有一定的帮助。

作者是夏德新，他也参与了YF77发动机的具体研制工作。

2，《氢氧火箭发动机高速氧涡轮泵转子动力学特性研究》一文也很重要。发表于《导弹与航天运载技术》2005年5月，作者是国防科大的郑继坤、吴建军。本文涉及到YF77发动机的氧泵为何选择18000RPM转速的原因说明。

3，《氢氧发动机氧涡轮泵可靠性预计》一文也非常有趣。此文的作者是郑继坤、李智勇。来自于京11所。此文发表于《真空与低温》杂志，2011年8月。此文可以认为是京11所YF77研制团队对YF77氧泵故障分布概率的一次早期预估。

4，《氢氧发动机氧泵设计与流场计算》，北航的硕士论文，本文是早期YF77发动机氧泵设计的第一手资料。作者唐飞。2005年9月到2007年12月的硕士学位论文。

以上这些重要论文全部在道客巴巴网站都可以完整地找得到。

上面的这些论文就说到，日本LE7氢氧发动机在早期阶段就计划要研制转速高达46000RPM的氢泵。但在研制的过程中撞了南墙、吃了大亏之后才再退缩回来，改为搞转速只有42000RPM的氢泵。

但即使如此，H2火箭的8号机还是在LE7发动机的氢泵故障问题上造成了星箭俱毁的重大事故。

在郑继坤的《氢氧火箭发动机高速氧涡轮泵转子动力学特性研究》一文中，这一部分的内容非常重要。特此抄入进来。

    “C，改变轴承内径对临界转速的影响。

     增大涡轮端轴承内径，一阶临界转速略有提高，二阶临界转速略有下降；减小涡轮端轴承内径，一阶临界转速略有下降，二阶临界转速略有提高；减小泵端轴承内径，一阶临界转速变化不大，二阶临界转速下降较多。

   （YF77发动机氧泵）轴系确定的18000RPM转速在一阶临界转速与二阶临界转速之间，远离一阶临界转速，轴系安全可靠性有保证。

     （而YF77氧泵）一阶临界转速为8082－8479RPM，一阶应变能为19.9－20.5%；二阶临界转速为34651－38785RPM。”

      因此，从上面的这些重要信息来分析，YF77发动机氧泵轴系的确还存在“增大、增粗（以增加轴系的强度）”的充足潜力空间。因为即使YF77氧泵的轴系“适当”增大、增粗之后也还能够远离一阶临界转速区间。

      而且根据此文来分析，今天YF77发动机氧泵的转速选择确定在18000RPM的水平（而不是欧洲火神1、火神2氧泵的12000RPM到13000RPM的水平），更多是在“随机心态”下所作出的决定，当时并没有太多考虑其它的因素。

毕竟YF77发动机氧泵的转速无论是18000RPM还是12000RPM、13000RPM都已经成功地远离一阶临界转速8082－8479RPM区间很远了。

而且中国早前研制成功的YF75上面级氢氧发动机的氧泵转速就高达20000RPM，因此当年YF77发动机的研制团队在确定氧泵的转速为18000RPM时，也自然觉得没有“什么不妥”的。

当然，随着YF77氧泵轴系直径的增大、增粗，未来一阶临界转速肯定会呈现逐步上升的态势。但那怕一阶临界转速上升到10000RPM的区间，只要YF77氧泵的轴系转速保持在13000到14000RPM的转速区间，也足以保持安全的运行距离了。

当年日本原始版的LE7发动机的氢泵的转速就高达46000RPM，结果在研制中吃了大亏之后，就主动降低为42000RPM的水平了。因此，马死落地行。现在中国YF77发动机的氧泵转速也真的有必要主动进行调低了。这也是当前没有办法的办法。

小结，未来YF77发动机氧泵可靠性增长的3个主要演进发展方案。

    1，仅仅“适当”增大、增粗氧泵轴系的直径。而氧泵转速与及氧泵涡轮盘直径大小等等都完全不变。

     即小改方案。

    2，“适当”增大、增粗氧泵轴系的直径，并主动降低氧泵的转速至14000到15000RPM的区间。但氧泵涡轮盘的直径依旧维持不变。

    即中改方案，但这样会造成YF77发动机的推力与比冲都出现一定程度的下降。

    3，完全重新设计YF77发动机的氧泵。

    如增大、增粗氧泵轴系的直径，将氧泵的转速直接降低到13000到14000RPM的区间，并且重新设计出全新的大流量、大直径的YF77氧泵涡轮盘。

    即大改方案。

    而此一大改方案投资成本高、研发周期长。但大改成功之后YF77发动机的可靠性与推力都将会有一个大幅度的提升。