火箭发动机如同哪吒的“风火轮”,是推动火箭冲向太空的核心动力,而涡轮泵则是“风火轮”中最关键的部件之一,承担着运输液体推进剂的重任,其性能直接决定了“风火轮”的工作效率和可靠性。而在这背后,他们宛如神话中神通广大的哪吒,他们就是精心雕琢火箭“风火轮”的航天科技集团六院西安航天动力研究所涡轮泵设计团队。
“我命由我不由天”
破难题
火箭发动机涡轮泵的工作环境极端恶劣,需要在高温、高压、高速的条件下稳定运行。这就需要设计团队考虑到诸多复杂因素,从材料到结构的设计工艺要求,再到流体力学的精准计算,涉及了多项基础学科以及空化动力学等前沿领域,一直是世界航天动力的研究难点和重点,而每一个细节都关乎着火箭发射的成败,都是横亘在团队面前的“大山”,这就如同哪吒要在重重困境中突破自我。
然而,涡轮泵设计团队毫不畏惧,以“哪吒闹海”般的气势,勇敢的向这些难题发起挑战。2024全年,设计团队承担了50多型涡轮泵的研制工作,从几吨推力到几百吨推力、从液体动力到新型组合动力、从全面超越高压补燃最先进水平到全面攻关重复使用技术,他们坚持走自主创新之路,不断探索新的设计理念和技术方案,对生产试验中发现的问题秉承“不轻易放过、深挖一锹”的原则进行处理,通过无数次的模拟计算、试验验证和优化改进,他们成功攻克了一个又一个技术难关,保证高质量交付了数百套产品。
“首台产品多次半系统试车圆满成功”“试车时长创新高啦”“重复使用试车次数刷新纪录”“产品一次成功”……在产品交付前,一个个问题被抛出,一项项清单列表被确认,但一次次接踵而至的喜讯就是他们最好的答卷。
“三头六臂”展神通
从“东方红”响彻寰宇,到长征运载火箭的第550余次成功发射,运载火箭高密度发射大幕徐徐拉开,不仅仅是液体动力产品产能的提升,更是液体动力技术水平的不断创新和跨越。
他们通过设计仿真全面支撑型号研制,应仿尽仿、能仿尽仿,通过仿真预示,将试验风险前置,就可以提前采取措施,降低试验风险,“当时哪位同事会仿真技术那就是大牛,现在设计仿真已经是我们团队的技能标配了,发展形成24项涡轮泵专业仿真项目,实现研制全覆盖。”年轻的研究员金路说。
通过自主开发涡轮泵设计平台全面提升研制效率,十几型涡轮泵专业设计工具上线,历史型号数据库、轴承数据库、模型数据库等多资源库基础数据支撑,在线设计和数据管理、离心泵三维模型一键式自动建模,不仅大幅缩短了涡轮泵研制周期,也有效解决了涡轮泵设计流程规范性不足等问题,数字化设计能力显著提升。
面对高密度发射的背后,涡轮泵团队就像拥有“三头六臂”的哪吒,分工明确、配合默契。从概念设计到详细设计,从零部件制造到整体装配调试,每个环节都凝聚着团队成员们的心血和汗水。通过设计仿真、开发数字化平台等多种全方位多角度的创新探索,就如同哪吒展神通,让涡轮泵的设计不断优化升级,2024年各领域涡轮泵参加飞行和地面试车均实现100%成功。
“风火速度”促研发
在开拓新领域的过程中,高性能、低成本、高度集成、简约化设计是发动机涡轮泵发展的新趋势。领域新,周期紧,指标高,任务重,团队深知形势的紧迫性,他们以“风火速度”投入工作。
“这几乎是不可能实现的目标啊。”面对技术难度和进度节点的双重压力,团队成员在项目论证初期发出了这样的感慨。
关键时刻,许主任鼓励大家“‘想’都是问题,‘做’才有答案!我们要做的就是攻克难点,把不可能一点点变成可能!”
结合严峻形势,科室内迅速组织成立“涡轮泵开拓进取研制攻坚队”,大家分工明确,多方调研,向行业领域专家取经,在浩如烟海的文献资料中获取灵感,跳出惯性思维,努力用新思路、新方法破除高度集成化难题。在这场与时间和难度赛跑的战役里,每一个微小的成功都来之不易。
在一点点进步、一轮轮迭代后,团队成员们通过“风火速度”前进的道路上看到了成功的曙光。首次采用一体化集成设计技术,对于“一克重量半两金”的火箭发动机涡轮泵零组件数量减少39%,重量降低40%,低成本集成化涡轮泵设计技术取得新突破,为全面完成以“八年九机”为代表的各项研制任务提供了重要保障。
如今这支涡轮泵设计团队毅然保持着旺盛的斗志和创新精神,他们的故事,是对“三头六臂”的实力展现,是对“风火速度”的极致追求,更是对“我命由我不由天”精神的生动诠释。未来,他们将继续以哪吒的勇气和智慧,在火箭涡轮泵设计领域披荆斩棘,为我国航天事业发展注入新的活力,让火箭发动机的“心脏”跳动得更加有力,推动我国航天事业向着更高、更远的目标迈进。
来源:西安航天动力研究所