迈向热试车: AETHER B分系统试验如何组织

EMT Aerospace正在开展AETHER B液氧甲烷火箭发动机的逐分系统验证工作,目标明确:首次整机热试车。以下介绍这一试验如何组织,以及我们采用这一顺序的原因。

CAD 模型渲染图 — AETHER BCAD模型渲染图
01

一项原则:先验证,后集成

AETHER B是AETHER计划的首台发动机:一台采用燃气发生器循环的液氧甲烷液体推进剂火箭发动机(液氧与液态甲烷,LOX/LCH₄),按可重复使用、可重复起动、可变推力的要求设计。在整机点火之前,我们对每一个分系统分别进行试验:这是实现无意外热试车最稳妥的方式,从长期来看也是最快捷的方式。

这种组件优先的方法,与各大航天机构对液体火箭发动机所采用的方法一致:隔离每一项关键功能,以真实几何构型和真实工质进行特性测定,将试验数据与模型进行关联,只有当每一个环节都达到预期时才进入集成阶段。每一项结果均可追溯、可复现。

02

受试分系统

按顺序,逐一进行

试验按顺序覆盖决定发动机性能、可靠性与安全性的各个分系统。

喷注器

喷注与掺混

对喷注器进行冷流试验(cold-flow),测量液氧与甲烷的压力损失、分布及雾化质量:稳定而高效的燃烧正源于此。

点火

点火链路

对点火系统进行验证,确保甲烷与氧气混合物能够可靠、可重复地起动:这是发动机具备飞行中重复起动能力的基本要求。

供应系统

流体与低温技术

低温调节、管路预冷、贮箱增压以及供应时序:在正确的温度下管理液氧与液态甲烷,工作即已完成一半。

阀门

阀门与作动器

对主阀门进行密封性试验、响应时间测定以及低温循环试验;主阀门决定着起动、变推力与安全关机的时序。

燃气发生器

燃气发生器

对燃气发生器开展专项试验;在所选循环中,该燃烧装置驱动涡轮泵。集成之前需对其温度与流量特性进行测定。

推力室

推力室与冷却

对再生冷却通道进行流动试验,并对推力室进行压力结构验证;推力室必须在承受极高热流的同时保持完好并可重复使用。

03

冷流试验(cold-flow)

在进行任何燃烧之前,发动机先进行“冷态”试验:在不点火的情况下通入惰性流体或推进剂,以验证流体动力学特性、阀门开启时序以及供应系统的工作状态。冷流试验能够在引入火焰之前消除大部分风险。

04

从点火到燃气发生器

下一步将首批功能点燃:点火链路与燃气发生器作为一个整体接受试验,测定驱动涡轮泵旋转的这一分系统的起动与工作特性。这是从部件试验通往整机点火的桥梁。

05

目标:整机热试车

整个试验最终汇聚于首次整机热试车:将完整发动机固定于试车台上点火。届时各分系统协同工作,并测量各项关键参数——推力(系统级设计量级约758 kN)、室压比冲、热特性,以及最为重要的燃烧稳定性

首批热试车时间较短;随后逐步延长试车时长,并验证使AETHER B成为一台现代发动机的各项能力:变推力(throttling)与重复起动,二者对运载器的动力返回与重复使用不可或缺。

06

试车台、测量设备与安全

一次热试车的价值取决于它所产生的数据。我们正在确定的试车台须集成用于测量推力的测力传感器、高频压力与温度传感器、高速摄像、推进剂贮存与供应装置以及各项安全系统——水冷、防护设施与掩体内的远程操控。数据采集才是每次试验真正的产物。

07

鉴定里程碑

整个试验以正式评审节点(MCR → SRR → PDR → CDR → SIR → FRR)和逐级递进的参考任务为标志,从首次近地轨道飞行直至月球任务。运载器的详细设计只有在推进系统各验证节点通过可核实的检验之后才会推进:安全方面绝不走捷径。

概念图仅供示意。所列数值均为系统级数值;AETHER B的详细设计参数、几何构型、材料及架构属于EMT Aerospace Technologies S.r.l.的保密知识产权,仅在签署保密协议(NDA)的前提下共享。

08

常见问题

最受关注的解答
什么是热试车?

热试车是将完整发动机固定于试车台上进行地面点火,在真实但受控的条件下测量其推力、压力、温度与稳定性。它是飞行前对整台发动机加以确认的试验。

AETHER B为何采用液氧甲烷(甲烷与氧气)?

液氧甲烷(LOX/LCH₄)在性能与成本之间取得了良好平衡,其燃烧在燃烧室内留下的积碳更少——这一条件有利于重复使用——且相较其他推进剂更易于管理。它同时与未来的原位推进剂生产相兼容。

AETHER B发动机的研制进展如何?

EMT已启动分系统试验,该试验将以首次整机热试车为终点。研制过程循序渐进且可核实;已公布的数值为系统级设计值。

AETHER B发动机将具备多大推力?

系统级设计推力量级约为758 kN。AETHER B是Orbital Lume运载器的通用发动机,既用于第一级,也以延伸喷管型号用于上面级。

关注 AETHER计划

随着各分系统通过试验,我们将陆续发布试验进展。如有工业合作、供应与研究方面的意向,欢迎与我们洽谈。