大推力液氧甲烷火箭发动机技术研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2024.29690

综述

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大推力液氧甲烷火箭发动机技术研究进展

谭永华()

航天推进技术研究院，西安 710100

收稿日期:2023-10-09 修回日期:2023-10-17 接受日期:2024-03-12 出版日期:2024-06-15 发布日期:2024-03-25
通讯作者: 谭永华 E-mail:tanyhcasc@163.com
基金资助:
液体火箭发动机技术重点实验室基金(614270419)

Research progress in high thrust liquid oxygen methane rocket engine technology

Yonghua TAN()

Academy of Aerospace Propulsion Technology，Xi’an 710100，China

Received:2023-10-09 Revised:2023-10-17 Accepted:2024-03-12 Online:2024-06-15 Published:2024-03-25
Contact: Yonghua TAN E-mail:tanyhcasc@163.com
Supported by:
Foundation of Key Laboratory of Science and Technology on Liquid Rocket Engine(614270419)

摘要/Abstract

摘要：

液氧甲烷具有来源丰富、冷却性能好、燃烧温度低、不易结焦和积炭等优势，在可重复使用发动机上具有广阔的应用前景，从而使得高性能大推力液氧甲烷火箭发动机成为未来深空探测等重大航天任务的热点研究方向。通过计算对比分析了以液氧甲烷、液氧煤油和液氧液氢为推进剂的3种发动机性能参数的优劣性，结果表明大推力液氧甲烷火箭发动机在可重复使用一级主动力发动机上具有优势。总结了国内外大推力液氧甲烷火箭发动机的研制历程，论述了大推力液氧甲烷火箭发动机研制所涉及到的六大关键技术和中国在各项技术上的研制进展，相应地提出了中国发展大推力液氧甲烷火箭发动机亟待解决的主要问题，展望了未来中国可重复使用大推力液氧甲烷火箭发动机实现工程应用的前景。

关键词: 液氧甲烷火箭发动机, 大推力, 高性能, 可重复使用, 深空探测

Abstract:

Liquid oxygen and methane， with its many advantages such as having rich sources and low temperature of combustion， exhibiting good cooling performance， and being hard to coke with little carbon accumulation， has broad application prospects in reusable engines， making high-performance and high thrust liquid oxygen methane rocket engines a hot research direction for major aerospace tasks such as deep space exploration in the future. The performance parameters of liquid oxygen methane， liquid oxygen kerosene， and liquid oxygen liquid hydrogen propellants are calculated and compared， and results show that high thrust liquid oxygen methane rocket engines are superior in reusable primary propulsion engines. This paper summarizes the development process of high thrust liquid oxygen methane rocket engines at home and abroad， and introduces the six key technologies involved in the development of high thrust liquid oxygen methane rocket engines and the development progress of various technologies in China. Correspondingly， the main problems that urgently need to be solved in the development of high thrust liquid oxygen methane rocket engines in China are identified. The future engineering applications of reusable high thrust liquid oxygen methane rocket engines in China are discussed.

Key words: liquid oxygen methane rocket engine, high thrust, high performance, reusable, deep space exploration

中图分类号:

V434

谭永华. 大推力液氧甲烷火箭发动机技术研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(11): 529690-529690.

Yonghua TAN. Research progress in high thrust liquid oxygen methane rocket engine technology[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(11): 529690-529690.

图/表 10

表1

表2

表 3

图1

图2

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

特性参数	液氧甲烷	液氧煤油	液氧液氢
混合比	3.5	2.74	6.0
室压/MPa	25	25	25
喷管面积比	30	30	30
推进剂密度比冲/（10⁶kg·m^-2·s^-1）	2.797	3.40	2.561
推力室理论比冲/s	345	335	415.4

参数	富氧补燃循环	富燃补燃循环	全流量补燃循环
推力室压力/MPa	20.1	13.4	25
理论海平面比冲/s	320	302	327
富燃发生器压力/MPa		34.8	46.1
富燃发生器混合比		0.310	0.35
富燃发生器温度/K		911	909
富氧发生器压力/MPa	48.7		47.2
富氧发生器混合比	50.0		61.5
富氧发生器温度/K	842		699

发动机	室压/MPa	海平面推力/t	比冲/s
Raptor V1.0	25	185	330
Raptor V2.0	30	230	327
Raptor V3.0	35	269

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大推力液氧甲烷火箭发动机技术研究进展

Research progress in high thrust liquid oxygen methane rocket engine technology

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