为火箭发动机打造坚强的心

本文转自：浙江日报

国家科技进步奖二等奖：复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用

为火箭发动机打造坚强的心

本报记者 陈素萍

液体火箭、特种船舶和石油化工等高端领域的离心泵，运行工况复杂多变，面临深冷高压、变参数低振动和严苛介质长周期运行等严峻考验。

6月24日获2023年度国家科技进步奖二等奖的“复杂多变工况离心泵关键技术及工程应用”项目，就瞄准了这个课题。

这个项目攻克多项技术瓶颈，实现了液氧甲烷涡轮泵、特种船舶低振动离心泵以及高端石化离心泵的自主可控与国产化开发应用，提升了国内特种离心泵的设计制造技术水平。

2023年，朱雀二号液氧甲烷火箭连续两次成功发射，成为全球首款和目前唯一连续成功入轨的液氧甲烷火箭。

“运载火箭的关键在于发动机，发动机的关键在于涡轮泵。涡轮泵是火箭发动机和整个火箭唯一的高速旋转部件、是火箭发动机的‘心脏’。”作为项目第一完成人，浙江理工大学教授朱祖超解释，朱雀二号火箭定位中型液氧甲烷运载火箭，其涡轮泵采用双低温离心泵和同轴高温涡轮的结构，开发难度巨大。

作为液氧甲烷运载火箭的关键核心部件，涡轮泵结构复杂且运行环境恶劣，存在内部流动机理不清晰、流体激振难以控制、重复使用可靠性差以及装配测试体系不完善等难题。

朱祖超及浙江理工大学机械工程学院流体工程团队与蓝箭航天空间科技股份有限公司紧密合作，经过多年联合攻关，突破了涡轮泵多相流动、流体动力设计、高压比超音速涡轮设计等技术瓶颈，率先开发出适用于80吨和10吨液氧甲烷发动机的双低温同轴涡轮泵，实现了在朱雀二号液氧甲烷液体火箭的装载使用。该研究成果填补了国内液氧甲烷液体火箭多项技术空白，总体技术达到国际先进水平。

“运载火箭的绿色推进剂，目前主要有煤油、液氢、液态甲烷这三种，煤油具有一定毒性，而液氢由于密度小就需要非常多的量，液态甲烷具有无毒、无污染、低成本、自洁净能力强和复飞维护性好等特点，成为低成本可重复使用运载火箭的理想推进剂。”朱祖超向记者解释，近些年来，太空技术发展呈现低轨通讯、洲际运输、载人登月和深空探测的新态势，这就需要低成本高效率的商业运载火箭作为支撑，很多国家在发展液氧甲烷液体火箭。

值得一提的是，除了支撑全球首款液氧甲烷火箭连续成功发射，在该成果技术的派生下，目前已经形成的涡轮泵技术还推广应用于低温离心泵等流体机械的研发和设计制造，进一步提升了离心泵行业的技术水平和市场竞争力。

目前，朱祖超在浙江理工大学组建的特种流体机械创新团队拥有专职教师40名，依托全省复杂流动与流体工程装备重点实验室，围绕高端流体工程装备国产化和自主化涉及的复杂流动开展基础研究和技术开发应用，团队的科技成果跑出加速度。“团队的研究目标就是要为国家在一些重要的流程装备领域实现核心技术自主可控，以及民用的尖端领域流体工程装备国产化而贡献力量。主动对接国家重大战略需求，服务地区、行业发展，我会带领团队继续往这方面努力。”朱祖超说，本次获得国家科学技术进步奖，他和团队成员们将视此为鼓励和鞭策。