第四百九十七章 问题在哪里?
指挥控制中心大厅内,921火箭发射总指挥王宇,921火箭总设计师刘雪松,主抓921芯级和氢氧发动机的航天六院11所技术主管副所长刘勇,研制液氧煤油发动机的航天六院西安11所所长吴春民,承担发动机地面试车和提供液氢燃料的航天101所李永华,研制地面安全遥控系统的中电科54所航天专业部高俊龙等一群大牛正在紧张地讨论。
庞学林和陶永昌则站在一旁听着。
一般情况下,如果发动机预冷失败,箭体超温,对于这种采用液氧煤油和液氢液氧发动机作为动力的低温火箭而言,是根本不允许执行发射任务的。
而低温火箭燃料加注后有效发射时间只有二十四小时,再考虑到发射窗口的因素,留给众人探讨的时间非常有限。
发射总指挥王宇道:“卫星那边刚刚发来消息,本次发射窗口为17:30到19:00,最晚可以推迟到19:30。现在是16:40,考虑到发射前预留一小时进行发射相关准备工作,我们现在差不多还有一小时的时间来解决问题。老吴,煤油机还有上面的循环预冷系统是你们所做的,你跟大家说说前方传回的情况吧。”
吴春民点了点头,说道:“前方传感器传回的数据显示,循环预冷小时以后,循环预冷总耗液量,但泵壳温度比我们预期的还要高出15K,这很不正常。泵壳温度是衡量预冷效果的一个重要参数,我们通常把泵壳温度低于某一规定值作为预冷好的标志,并以此作为发动机的启动条件。这次芯级发动机我们使用了改进版的YF100K,采用的是自然对流循环预冷模式。这种模式主要就是在发动机主阀前引出一段管路,接入贮箱,我们称这段管路为回流管。预冷开始,推进剂从贮箱流入输送管路,经过泵前阀、泵腔,进入回流管,然后由回流管流经回流阀,回到贮箱。”
吴春民顿了顿,继续道:“在该系统中,我们没有外加驱动装置,流动仅由回流管与输送管内推进剂的密度差所驱动,所以称此为自然对流循环预冷。产生密度差的原因是由于推进剂的低温特性,环境空气形成一个相对的高温热源,推进剂进入管路后受热汽化,密度变小,从而产生回流。为了增强回流管与输送管路内推进剂的密度差,使循环顺利进行,保证对泵的充分预冷,通常在自然循环预冷中加入一段引射。从回流管路上接入引射管,以氦气作为引射气源,在适当的时候,进行短时间的氦气引射,增强循环。”
“老吴,那有什么解决方案吗?”
刘雪松道。
吴春民道:“我建议组织一级氦配气台操作手返回操作岗位,接通D7吹除,进行半小时左右的氦气引射,增强循环,看看能不能把泵壳温度降下来。”
王宇环顾四周:“大家都没什么意见吧?”
众人均摇了摇头。
王宇道:“行,那先按老吴的方法进行操作,另外命令抢险人员就位,如果预冷还是没能成功,阵地开始进行终止发射流程的准备工作。”
“是。”
王宇的命令很快下达下去。
指挥中心正前方的大屏幕上,开始将画面切换到前方发射塔内的场景。
整个指挥控制大厅都安静了下来,所有人都耐心得等待着前方的消息。
王宇、刘雪松、刘勇、陶永昌他们时不时窃窃私语。
这时,庞学林低声问吴春民道:“吴教授,这样有把握把泵壳的温度降下来吗?”
吴春民看了看庞学林,摇头苦笑道:“不确定,循环预冷过程十分复杂,涉及的物理现象繁多:预冷开始,处于室温的管路系统形成一个相对于低温介质的高温热源,介质进入管路后急剧汽化,沿着管路会出现纯液、不同比例的汽液两相,以及纯气流动。与此同时,管道内壁受低温流体的冷却作用,会放出热量,并使管壁温度降低,而空气温度不会发生太大变化,这样,管壁与外界空气之间就存在温度梯度,并由此产生一个从外向内传递的热流。随着预冷的进行,管壁温度逐渐降低,管内的流体状态分布也不断发生变化,直到某个时刻,壁温不再降低,外界传入的热流不再发生变化,管路上各点的流体状态也就不再变化,预冷就会达到稳定。这里面,我们最关注的就是系统稳定后的各项参数分布,特别是泵壳温度。在此前的实验过程中,循环预冷系统都没出现过问题,没想到临发射前却出了状况,关键是,循环预冷耗液量和我们理论计算相当,但温度却高出15K,这里面肯定存在问题。如果通过氦气引射增强循环的方法还是不行的话,那这次发射任务只能取消,等我们对循环预冷系统进行进一步改进后才能重新发射了……”
庞学林想了想,说道:“你这边有煤油机循环预冷系统的设计方案不,方便给我看下嘛?”
“当然方便!”
吴春民笑道,朝一名工作人员招了招手,让他拿来了YF100K的设计手册。
王宇、刘雪松他们也只是看了两眼,并没有太过在意。
庞学林虽然名声很大,但大多数成就都在数学和自然科学领域,像火箭这种专业性极强的应用工程领域,他们也没指望庞学林能帮上什么忙。
庞学林却毫不在意,通过设计手册的目录页,直接找到循环预冷系统理论计算部分。
循环预冷系统的理论计算主要分为两个方面,第一个就是耗液量计算,另一个则是循环计算。
手册中通过一系列计算从理论上对自然循环预冷进行了分析,计算内容包括预冷耗液量和稳态的数值计算。从数值计算的结果来看,发动机的氧系统采用自然循环预冷效果良好,基本上也没什么设计上的大毛病,正常情况下,在临近发射阶段不应该出现如此大的纰漏。
庞学林的眉头不由得皱了起来。
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庞学林和陶永昌则站在一旁听着。
一般情况下,如果发动机预冷失败,箭体超温,对于这种采用液氧煤油和液氢液氧发动机作为动力的低温火箭而言,是根本不允许执行发射任务的。
而低温火箭燃料加注后有效发射时间只有二十四小时,再考虑到发射窗口的因素,留给众人探讨的时间非常有限。
发射总指挥王宇道:“卫星那边刚刚发来消息,本次发射窗口为17:30到19:00,最晚可以推迟到19:30。现在是16:40,考虑到发射前预留一小时进行发射相关准备工作,我们现在差不多还有一小时的时间来解决问题。老吴,煤油机还有上面的循环预冷系统是你们所做的,你跟大家说说前方传回的情况吧。”
吴春民点了点头,说道:“前方传感器传回的数据显示,循环预冷小时以后,循环预冷总耗液量,但泵壳温度比我们预期的还要高出15K,这很不正常。泵壳温度是衡量预冷效果的一个重要参数,我们通常把泵壳温度低于某一规定值作为预冷好的标志,并以此作为发动机的启动条件。这次芯级发动机我们使用了改进版的YF100K,采用的是自然对流循环预冷模式。这种模式主要就是在发动机主阀前引出一段管路,接入贮箱,我们称这段管路为回流管。预冷开始,推进剂从贮箱流入输送管路,经过泵前阀、泵腔,进入回流管,然后由回流管流经回流阀,回到贮箱。”
吴春民顿了顿,继续道:“在该系统中,我们没有外加驱动装置,流动仅由回流管与输送管内推进剂的密度差所驱动,所以称此为自然对流循环预冷。产生密度差的原因是由于推进剂的低温特性,环境空气形成一个相对的高温热源,推进剂进入管路后受热汽化,密度变小,从而产生回流。为了增强回流管与输送管路内推进剂的密度差,使循环顺利进行,保证对泵的充分预冷,通常在自然循环预冷中加入一段引射。从回流管路上接入引射管,以氦气作为引射气源,在适当的时候,进行短时间的氦气引射,增强循环。”
“老吴,那有什么解决方案吗?”
刘雪松道。
吴春民道:“我建议组织一级氦配气台操作手返回操作岗位,接通D7吹除,进行半小时左右的氦气引射,增强循环,看看能不能把泵壳温度降下来。”
王宇环顾四周:“大家都没什么意见吧?”
众人均摇了摇头。
王宇道:“行,那先按老吴的方法进行操作,另外命令抢险人员就位,如果预冷还是没能成功,阵地开始进行终止发射流程的准备工作。”
“是。”
王宇的命令很快下达下去。
指挥中心正前方的大屏幕上,开始将画面切换到前方发射塔内的场景。
整个指挥控制大厅都安静了下来,所有人都耐心得等待着前方的消息。
王宇、刘雪松、刘勇、陶永昌他们时不时窃窃私语。
这时,庞学林低声问吴春民道:“吴教授,这样有把握把泵壳的温度降下来吗?”
吴春民看了看庞学林,摇头苦笑道:“不确定,循环预冷过程十分复杂,涉及的物理现象繁多:预冷开始,处于室温的管路系统形成一个相对于低温介质的高温热源,介质进入管路后急剧汽化,沿着管路会出现纯液、不同比例的汽液两相,以及纯气流动。与此同时,管道内壁受低温流体的冷却作用,会放出热量,并使管壁温度降低,而空气温度不会发生太大变化,这样,管壁与外界空气之间就存在温度梯度,并由此产生一个从外向内传递的热流。随着预冷的进行,管壁温度逐渐降低,管内的流体状态分布也不断发生变化,直到某个时刻,壁温不再降低,外界传入的热流不再发生变化,管路上各点的流体状态也就不再变化,预冷就会达到稳定。这里面,我们最关注的就是系统稳定后的各项参数分布,特别是泵壳温度。在此前的实验过程中,循环预冷系统都没出现过问题,没想到临发射前却出了状况,关键是,循环预冷耗液量和我们理论计算相当,但温度却高出15K,这里面肯定存在问题。如果通过氦气引射增强循环的方法还是不行的话,那这次发射任务只能取消,等我们对循环预冷系统进行进一步改进后才能重新发射了……”
庞学林想了想,说道:“你这边有煤油机循环预冷系统的设计方案不,方便给我看下嘛?”
“当然方便!”
吴春民笑道,朝一名工作人员招了招手,让他拿来了YF100K的设计手册。
王宇、刘雪松他们也只是看了两眼,并没有太过在意。
庞学林虽然名声很大,但大多数成就都在数学和自然科学领域,像火箭这种专业性极强的应用工程领域,他们也没指望庞学林能帮上什么忙。
庞学林却毫不在意,通过设计手册的目录页,直接找到循环预冷系统理论计算部分。
循环预冷系统的理论计算主要分为两个方面,第一个就是耗液量计算,另一个则是循环计算。
手册中通过一系列计算从理论上对自然循环预冷进行了分析,计算内容包括预冷耗液量和稳态的数值计算。从数值计算的结果来看,发动机的氧系统采用自然循环预冷效果良好,基本上也没什么设计上的大毛病,正常情况下,在临近发射阶段不应该出现如此大的纰漏。
庞学林的眉头不由得皱了起来。
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