火箭推进器(新型液体火箭发动机技术)

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1.技术介绍及特点

新型液氧/煤油火箭发动机采用燃烧、传热与结构耦合设计平台设计，集成了高温合金3D打印技术、C-SiC复合材料喷管技术、新型同轴射流喷嘴技术等多种先进技术。

3D打印技术的发展，给发动机冷却系统与结构的设计带来了革命性的变化。冷却通道形状与布置方式的设计不再受制于传统工艺的束缚，发动机结构也可以通过计算机辅助设计得到最大程度的优化。团队充分利用3D打印带来的便利，针对性地发展了一种发动机燃烧、传热与结构耦合设计方法火箭推进器，完成了发动机冷却系统与结构的优化设计，研制成功高温合金3D打印液氧煤油发动机原理样机（图1a），并完成了一系列长时间地面考核试验（图1b）。

图1（a）3D打印火箭发动机 （b）地面点火及燃烧试验

基于CFD辅助设计提出了一种基于“龙卷风”自引射原理的双组元旋流喷嘴（图2），在射流出口中心形成一个负压区，把两种流体吸入并充分混合，从而实现高效混合与稳定燃烧。

图2基于自引射原理的双组元旋流喷嘴速度场数值模拟结果

与上海硅酸盐所合作开发了C/SiC陶瓷基复合材料发动机尾喷管（图3a），并顺利通过100 s点火与热防护试验考核（图3b）。

图3（a）C/SiC复合材料尾喷管 （b）热防护考核试验

2.应用领域

航空、航天推进领域

3.技术团队简介

中科院力学所发动机研发团队是我国最早开展超燃冲压发动机研究的团队之一。二十多年来，在国家自然科学基金委、总装863、中科院知识创新工程、国家重点实验室以及国家重大专项等支持下火箭推进器，深入开展了碳氢燃料超声速燃烧与发动机主动冷却技术等研究，在加热/裂解燃料的流动、传热、燃烧及燃烧稳定性等方面取得了一系列原创性成果。近年来，在科学院“战略性先导科技专项”等项目的支持下，开展了小型液氧煤油火箭发动机的研究工作。

团队目前已有核心研发人员10人，9名博士，其中正高级研究员2人，副高级研究员7人，平均年龄不到40岁，涵盖流体力学，工程热物理，燃烧学，物理化学，光学，机械工程等多个专业领域。

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