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零的突破!清华大学自主研发的新型发动机成功发射
2022-01-24 13:44
清华大学
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  2022年1月24日上午,清华大学航天航空学院王兵教授团队进行了自主研发的新型发动机飞行演示试验,发动机在预定的高度和速度范围内成功点火、稳定工作,试验取得圆满成功。试验表明,我国已经掌握该新型发动机的自主研发与工程实现能力,在新型空天动力领域跻身世界前列。

发动机点火(示意图)

  在航空领域宽速域、跨空域飞行的发展趋势推动下,传统空天动力在性能提升方面,已经遇到理论极限与技术瓶颈。尽管早在上世纪50至60年代,国际上便提出了将自增压燃烧技术应用于动力系统的理念;但直至2011年前后,随着相关研究结果发表数量的增加,才逐渐引发国内外学术界和工业界的高度关注。

  王兵带领的喷雾燃烧与推进实验室团队,在多年研究火箭发动机燃烧不稳定性的基础上,敏锐地把握空天科技的领域前沿,在国内几乎空白、国际上方兴未艾的情况下,从零起步,构建新型热力学循环方式,自主研制新型冲压发动机。结合数值仿真与实验,实验室经过近十年的探索与尝试,克服触发难度高、可控性差、机理掌握和认知不充分等困难,解决发动机点火、宽当量宽流量调节、自主可控等关键问题,在机理研究、数值计算、结构设计、实验方法等方面都取得了重要突破。经过前期数值模拟、基础实验、地面试验等环节的严谨验证,飞行试验蓄势待发。

发动机总装

  上午11点30分,试验任务由“清航·大兴号”两级火箭助推执行。一级火箭分离后,二级火箭将任务段发动机推到预定高度和速度。发动机进气道实现高效吸气,供油系统将航空煤油雾化喷入燃烧室,点火系统顺利启动,燃烧室与发动机稳定工作,获得持续推力,试验取得圆满成功。

火箭升天(示意图)

  “通过此次飞行任务,我们获得了真实飞行条件下,工作环境参数变化对发动机燃烧室运行特性的影响,充分检验了发动机的真实工作特性,并验证现有技术路线的可行性,为新技术走向工程化和产品化,提供了重要的试验数据,积累真实的飞行经验。这一成果将进一步丰富我国航空宇航事业的图谱,在新型动力方面具有重大战略意义。”王兵说。

  在尽可能短的时间内聚合最大能量,实现从地面试验到真实飞行试验的重大跨跃,推动实际工程应用的进程,也充分得益于科技成果转移转化的有效尝试。此次飞行试验任务命名为“清航壹号”, 科学任务和试验总体方案由清华大学航天航空学院自主提出,由王兵带领喷雾燃烧与推进实验室负责发动机整体设计,成果转化项目公司清航空天(北京)科技有限公司完成发动机整体制造和装配,具备完全自主知识产权。北京凌空天行科技有限责任公司负责飞行载具设计和任务实施,双方紧密配合,共同推动飞行试验顺利进行。

团队部分成员合影

  在现场见证成功时刻的团队成员谢峤峰,博士阶段即师从王兵进行相关机理和仿真研究。从实验室到发射场,他表示:“从搭建试验台开始,多年来王老师带着我们攻关关键技术突破,将基础研究作为工程转化、任务研发的底气,摸着石头过河,一步步探索适合清华的工程化的道路。一切都非常值得,并且我们相信未来大有所为。”

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