超级军网新一代液体火箭引擎制造技术
来源：百度文库 编辑：超级军网 时间：2024/05/03 04:52:48
进入21世纪以后，火箭引擎的改进重点从以往的performance-driven改为cost-driven。以RS-68为代表的新一代引擎在制造工艺上较上一代引擎（如RS-25D）有大幅改进，特点是用整体加工工艺取代原来的传统焊接，大幅减少部件数量和生产工时。RS-68的燃烧室外壁、内胆和喉部支撑使用热等静压结合（HIP bond），喷管使用通道壁取代原来的冷却导管，这两项工艺也被用来制造SLS项目的候选助推器用F-1B和芯级用RS-25e。
下图为Dynetics和PWR联合竞标SLS助推器的F-1B方案，继承了F-1的整体设计，阀门和喷注器，F-1A的涡轮泵和RS-68使用过的HIP bonding和channel wall。这一方案目前是ATK最有力的竞争对手。
进入21世纪以后，火箭引擎的改进重点从以往的performance-driven改为cost-driven。以RS-68为代表的新一代引擎在制造工艺上较上一代引擎（如RS-25D）有大幅改进，特点是用整体加工工艺取代原来的传统焊接，大幅减少部件数量和生产工时。RS-68的燃烧室外壁、内胆和喉部支撑使用热等静压结合（HIP bond），喷管使用通道壁取代原来的冷却导管，这两项工艺也被用来制造SLS项目的候选助推器用F-1B和芯级用RS-25e。
下图为Dynetics和PWR联合竞标SLS助推器的F-1B方案，继承了F-1的整体设计，阀门和喷注器，F-1A的涡轮泵和RS-68使用过的HIP bonding和channel wall。这一方案目前是ATK最有力的竞争对手。
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MHI也引进了PWR的HIP bonding和channel wall用来制造新一代LE-X引擎
由于LE-X采用开始膨胀循环，燃烧室的热交换效率对于提高燃料泵功率至关重要，LE-X的燃烧室长度超过了现有火箭引擎，MHI采用旋压成型（flow forming）技术来“拉长”燃烧室
下图则展示了如何从一个标准OMC（Okegawa mold copper）铜棒通过挤压和旋转成型制成一个燃烧室下部喷口
铜棒通过两步挤压后变成了铜盘，中心仍能看到原来铜棒的形状
铜盘经弯曲和旋转成型制成喷口内胆
喷口内胆上加工出channel wall
然后内胆和外壳通过HIP bonding整合在一起
下图展示了蚀刻有冷却通道的燃烧室内胆和外壳使用HIP bonding之前和之后的情形
MHI也引进了PWR的HIP bonding和channel wall用来制造新一代LE-X引擎
由于LE-X采用开始膨胀循环，燃烧室的热交换效率对于提高燃料泵功率至关重要，LE-X的燃烧室长度超过了现有火箭引擎，MHI采用旋压成型（flow forming）技术来“拉长”燃烧室
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下图则展示了如何从一个标准OMC（Okegawa mold copper）铜棒通过挤压和旋转成型制成一个燃烧室下部喷口
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铜棒通过两步挤压后变成了铜盘，中心仍能看到原来铜棒的形状
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铜盘经弯曲和旋转成型制成喷口内胆
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喷口内胆上加工出channel wall
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然后内胆和外壳通过HIP bonding整合在一起
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下图展示了蚀刻有冷却通道的燃烧室内胆和外壳使用HIP bonding之前和之后的情形
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SpaceX使用爆破成型技术（explosive forming）生产Merlin 1D的燃烧室，整体制造可以避免类似Falcon 9-004任务中merlin 1c发生的燃烧室爆缸。遗憾的是还没有成品的照片流出，其加工过程如下图所示
喷口同样使用了通道壁冷却取代Merlin 1c的冷却导管。下图近景蚀刻了通道的引擎喷管“内胆”，远景中可以看到多个等待整合的内胆和外壳。
图片来自www.flickr.com/photos/jurvetson/ ... 51/with/8233307143/
PS：题外话，除了引擎外，Falcon 9v1.1的制造集中体现了新一代火箭制造技术，具体表现为1）大量使用货架商品，减少定制，降低成本；2）整体加工，尽量避免传统焊接，减少焊点和焊缝以增加可靠性，减少生产工时的同时降低成本。
Falcon 9v1.1的助推级和上面级采用单一直径简化工艺。储箱侧壁使用标准Al-li合金板通过搅拌摩擦焊拼接（下图可见打满补丁的箭体），储箱两端的顶盖则使用标准Al-li合金板经搅拌摩擦焊拼接后旋压成型，看不到传统的瓜瓣焊缝。采用共底结构缩短长度。
级间段和整流罩采用复合材料制造，分离方式采用冷分离，减少火工品的使用。
飞行计算机采用货架商品，三重冗余降低辐射影响，飞控软件为Linux开放架构便于升级，单一引擎故障不影响任务完成。
箭体整合测试和转运采用三平模式，使用一体式转运-起竖-发射系统。
SpaceX使用爆破成型技术（explosive forming）生产Merlin 1D的燃烧室，整体制造可以避免类似Falcon 9-004任务中merlin 1c发生的燃烧室爆缸。遗憾的是还没有成品的照片流出，其加工过程如下图所示
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喷口同样使用了通道壁冷却取代Merlin 1c的冷却导管。下图近景蚀刻了通道的引擎喷管“内胆”，远景中可以看到多个等待整合的内胆和外壳。
图片来自www.flickr.com/photos/jurvetson/ ... 51/with/8233307143/
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PS：题外话，除了引擎外，Falcon 9v1.1的制造集中体现了新一代火箭制造技术，具体表现为1）大量使用货架商品，减少定制，降低成本；2）整体加工，尽量避免传统焊接，减少焊点和焊缝以增加可靠性，减少生产工时的同时降低成本。
Falcon 9v1.1的助推级和上面级采用单一直径简化工艺。储箱侧壁使用标准Al-li合金板通过搅拌摩擦焊拼接（下图可见打满补丁的箭体），储箱两端的顶盖则使用标准Al-li合金板经搅拌摩擦焊拼接后旋压成型，看不到传统的瓜瓣焊缝。采用共底结构缩短长度。
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级间段和整流罩采用复合材料制造，分离方式采用冷分离，减少火工品的使用。
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飞行计算机采用货架商品，三重冗余降低辐射影响，飞控软件为Linux开放架构便于升级，单一引擎故障不影响任务完成。
箭体整合测试和转运采用三平模式，使用一体式转运-起竖-发射系统。
学习中，先顶一下
看看开开眼界
牛叉的技术
爆破成型技术啊，我兔MS也很强的说。2012年国家科技进步奖得主郑哲敏院士的爆炸力学MS就是这个方面的。求大神爆料
比较胖狴犴 发表于 2013-6-3 18:27 ![]()
爆破成型技术啊，我兔MS也很强的说。2012年国家科技进步奖得主郑哲敏院士的爆炸力学MS就是这个方面的。求大 ...
模具旋压拓胀成型更常用
爆破成型技术啊，我兔MS也很强的说。2012年国家科技进步奖得主郑哲敏院士的爆炸力学MS就是这个方面的。求大 ...
模具旋压拓胀成型更常用
Orbital Technologies的燃烧室漩涡冷却技术不算新一代的吗？
2013-6-4 12:15 上传
好帖，开眼了~
煤油机有必要还用燃气发生器循环？
yzsz266 发表于 2013-6-4 14:45 ![]()
煤油机有必要还用燃气发生器循环？
9台Merlin 1D的总推力超过RD-180的1.5倍，总重量却只有后者的80%。而且GG循环结构简单，低室压低成本，对于SpX这种小公司再适合不过了。
煤油机有必要还用燃气发生器循环？
9台Merlin 1D的总推力超过RD-180的1.5倍，总重量却只有后者的80%。而且GG循环结构简单，低室压低成本，对于SpX这种小公司再适合不过了。
cmj9808 发表于 2013-6-4 18:21 ![]()
9台Merlin 1D的总推力超过RD-180的1.5倍，总重量却只有后者的80%。而且GG循环结构简单，低室压低成本，对 ...
这个和摆动也有关系吧，Merlin是固定的
9台Merlin 1D的总推力超过RD-180的1.5倍，总重量却只有后者的80%。而且GG循环结构简单，低室压低成本，对 ...
这个和摆动也有关系吧，Merlin是固定的
这个和摆动也有关系吧，Merlin是固定的
Merlin是双摆，否则无法作为上面级引擎使用。不过推重比和是否摆动确实有关系，所以我用RD180而非固定式的NK33做参照。
Merlin是双摆，否则无法作为上面级引擎使用。不过推重比和是否摆动确实有关系，所以我用RD180而非固定式的NK33做参照。
2013-6-4 23:56 上传
从比例图看Falcon 9v1.1长径比确实太大了。。。但是9台发动机排列方式改进的很完美~
http://bbs.9ifly.cn/thread-10864-3-3.html
从比例图看Falcon 9v1.1长径比确实太大了。。。但是9台发动机排列方式改进的很完美~
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http://bbs.9ifly.cn/thread-10864-3-3.html
2013-6-5 00:35 上传
科普，学习了
Linux真是无处不在啊。飞控都用linux了。
不知道兔鳖的火箭如何了
cmj9808 发表于 2013-6-4 12:19 ![]()
本帖主要涉及的主要是引擎制造技术，不过既然“熊猫”网友提到了涡旋冷却（vortex）技术，在这里顺便提一 ...
这个比通道壁结构简单
问题是这个如何控制低温涡流的流向呢，什么力量把它压在室壁上
本帖主要涉及的主要是引擎制造技术，不过既然“熊猫”网友提到了涡旋冷却（vortex）技术，在这里顺便提一 ...
这个比通道壁结构简单
问题是这个如何控制低温涡流的流向呢，什么力量把它压在室壁上
xixingmanji 发表于 2013-6-5 03:55 ![]()
这个比通道壁结构简单
问题是这个如何控制低温涡流的流向呢，什么力量把它压在室壁上
液氧喷注器从燃烧室底部切向注入液氧，液氧沿弯曲的内壁上升形成一股“龙卷风”，具体设计就是商业机密了。不过这个引擎很难做大。
这个比通道壁结构简单
问题是这个如何控制低温涡流的流向呢，什么力量把它压在室壁上
液氧喷注器从燃烧室底部切向注入液氧，液氧沿弯曲的内壁上升形成一股“龙卷风”，具体设计就是商业机密了。不过这个引擎很难做大。
cmj9808 发表于 2013-6-5 12:03 ![]()
液氧喷注器从燃烧室底部切向注入液氧，液氧沿弯曲的内壁上升形成一股“龙卷风”，具体设计就是商业机密 ...
不过感觉这种冷却方法很叫人放心不下,严重依赖燃烧室内的状态稳定性.一旦发生不均匀现象就可能破环这个蜗旋导致某处冷却不充分,这样恐怕有胃穿孔的危险.
液氧喷注器从燃烧室底部切向注入液氧，液氧沿弯曲的内壁上升形成一股“龙卷风”，具体设计就是商业机密 ...
不过感觉这种冷却方法很叫人放心不下,严重依赖燃烧室内的状态稳定性.一旦发生不均匀现象就可能破环这个蜗旋导致某处冷却不充分,这样恐怕有胃穿孔的危险.
miaomiaomiao 发表于 2013-6-5 12:57 ![]()
不过感觉这种冷却方法很叫人放心不下,严重依赖燃烧室内的状态稳定性.一旦发生不均匀现象就可能破环这个蜗 ...
ORBITEC应该做过向燃料管道里添加金属碎屑这类鲁棒性测试，但有多robust就难说了
不过感觉这种冷却方法很叫人放心不下,严重依赖燃烧室内的状态稳定性.一旦发生不均匀现象就可能破环这个蜗 ...
ORBITEC应该做过向燃料管道里添加金属碎屑这类鲁棒性测试，但有多robust就难说了
zhengzexue 发表于 2013-6-4 23:59 ![]()
Merlin 1C和Merlin 1D对比图
旁边喷出的污浊的气体是啥呀？
Merlin 1C和Merlin 1D对比图
旁边喷出的污浊的气体是啥呀？
zhengzexue 发表于 2013-6-5 00:37 ![]()
从工艺上看，YF-100比Merlin的改进潜力更大~
Merlin 1C
这话反过来说不就是……“Merlin的工艺比YF-100先进”么……
从工艺上看，YF-100比Merlin的改进潜力更大~
Merlin 1C
这话反过来说不就是……“Merlin的工艺比YF-100先进”么……
pp1987769 发表于 2013-6-5 19:56
这话反过来说不就是……“Merlin的工艺比YF-100先进”么……
说话的技巧 可要好好向老兄引用的这位童子学习啊! 如果碰上小将,你挨的板砖肯定比人家的多多.
另外你前一楼的问题 '旁边喷出的污浊的气体是啥呀？'. 这个应该是涡轮泵的排气.
pp1987769 发表于 2013-6-5 19:56
这话反过来说不就是……“Merlin的工艺比YF-100先进”么……
说话的技巧 可要好好向老兄引用的这位童子学习啊! 如果碰上小将,你挨的板砖肯定比人家的多多.
另外你前一楼的问题 '旁边喷出的污浊的气体是啥呀？'. 这个应该是涡轮泵的排气.
cmj9808 发表于 2013-6-5 18:54 ![]()
ORBITEC应该做过向燃料管道里添加金属碎屑这类鲁棒性测试，但有多robust就难说了
如果是我的话,为求安心,会在上面再钻几排孔,一级一级的造短程旋风,形成气膜,这么干应该比只靠一个'长程'
旋风可靠些吧? 不过这么干是不是就变成常规的了.
ORBITEC应该做过向燃料管道里添加金属碎屑这类鲁棒性测试，但有多robust就难说了
如果是我的话,为求安心,会在上面再钻几排孔,一级一级的造短程旋风,形成气膜,这么干应该比只靠一个'长程'
旋风可靠些吧? 不过这么干是不是就变成常规的了.
学习了miaomiaomiao 发表于 2013-6-6 09:06 ![]()
说话的技巧 可要好好向老兄引用的这位童子学习啊! 如果碰上小将,你挨的板砖肯定比人家的多多.
...
嘿嘿，我只是确认一下而已，到了说话的时机当然是捡该说的说吧。
涡轮泵的排气？是燃烧之后的废气？不能从喷口喷出来么？还是其他的什么成分？
说话的技巧 可要好好向老兄引用的这位童子学习啊! 如果碰上小将,你挨的板砖肯定比人家的多多.
...
嘿嘿，我只是确认一下而已，到了说话的时机当然是捡该说的说吧。
涡轮泵的排气？是燃烧之后的废气？不能从喷口喷出来么？还是其他的什么成分？
miaomiaomiao 发表于 2013-6-6 09:16 ![]()
如果是我的话,为求安心,会在上面再钻几排孔,一级一级的造短程旋风,形成气膜,这么干应该比只靠一个'长程'
...
事实上由于涡旋的存在，涡旋制冷引擎的燃烧效率要高于普通引擎，相同推力下燃烧室更短，加上目前也只是用于低推力的上面级和LAE引擎，一个长程旋风可以满足。
PS：你说的多级旋风难度很大，位于燃烧室上端的后注入的液氧所形成的上行旋风会破坏燃烧室下端先注入的液氧所形成的上行旋风。
如果是我的话,为求安心,会在上面再钻几排孔,一级一级的造短程旋风,形成气膜,这么干应该比只靠一个'长程'
...
事实上由于涡旋的存在，涡旋制冷引擎的燃烧效率要高于普通引擎，相同推力下燃烧室更短，加上目前也只是用于低推力的上面级和LAE引擎，一个长程旋风可以满足。
PS：你说的多级旋风难度很大，位于燃烧室上端的后注入的液氧所形成的上行旋风会破坏燃烧室下端先注入的液氧所形成的上行旋风。
pp1987769 发表于 2013-6-6 10:22 ![]()
嘿嘿，我只是确认一下而已，到了说话的时机当然是捡该说的说吧。
涡轮泵的排气？是燃烧之后的废气？不 ...
可以从喷口导出，F-1就是这么干的，不过设计上比直接排出要复杂一些，另外RS-68和Merlin用涡轮废气进行滚转控制，所以不便于从喷口导出
嘿嘿，我只是确认一下而已，到了说话的时机当然是捡该说的说吧。
涡轮泵的排气？是燃烧之后的废气？不 ...
可以从喷口导出，F-1就是这么干的，不过设计上比直接排出要复杂一些，另外RS-68和Merlin用涡轮废气进行滚转控制，所以不便于从喷口导出
cmj9808 发表于 2013-6-7 12:06 ![]()
可以从喷口导出，F-1就是这么干的，不过设计上比直接排出要复杂一些，另外RS-68和Merlin用涡轮废气进行滚 ...
谢谢科普，哈哈！
可以从喷口导出，F-1就是这么干的，不过设计上比直接排出要复杂一些，另外RS-68和Merlin用涡轮废气进行滚 ...
谢谢科普，哈哈！
这里的大神貌似不少？
zhengzexue 发表于 2013-6-5 00:37 ![]()
从工艺上看，YF-100比Merlin的改进潜力更大~
Merlin 1C
但毛发的工艺看起来也不如MD 其实有些工艺并不是表面处理而已
从工艺上看，YF-100比Merlin的改进潜力更大~
Merlin 1C
但毛发的工艺看起来也不如MD 其实有些工艺并不是表面处理而已
cmj9808 发表于 2013-6-5 12:03 ![]()
液氧喷注器从燃烧室底部切向注入液氧，液氧沿弯曲的内壁上升形成一股“龙卷风”，具体设计就是商业机密 ...
这个了重力改变的情况下怎么保证状态？感觉难度太大了。
液氧喷注器从燃烧室底部切向注入液氧，液氧沿弯曲的内壁上升形成一股“龙卷风”，具体设计就是商业机密 ...
这个了重力改变的情况下怎么保证状态？感觉难度太大了。
pp1987769 发表于 2013-6-6 10:22 ![]()
嘿嘿，我只是确认一下而已，到了说话的时机当然是捡该说的说吧。
涡轮泵的排气？是燃烧之后的废气？不 ...
可以从喷口喷出来，但提高不了什么比冲，而且成本等方面不见得划得来。喷出的就是预燃室的煤油和氧燃烧后的尾气，这些尾气推动涡轮泵后排出。
嘿嘿，我只是确认一下而已，到了说话的时机当然是捡该说的说吧。
涡轮泵的排气？是燃烧之后的废气？不 ...
可以从喷口喷出来，但提高不了什么比冲，而且成本等方面不见得划得来。喷出的就是预燃室的煤油和氧燃烧后的尾气，这些尾气推动涡轮泵后排出。
2013-6-8 18:02 上传
科普，学习了