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帖子主题:[原创]长征五号遥2火箭YF77发动机故障传递过程的推测分析研究

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[原创]长征五号遥2火箭YF77发动机故障传递过程的推测分析研究

长征五号遥 2 火箭 YF77 发动机故障传递过程的推测分析研究

高凉陈君现在推测长征五号遥 2 火箭的 YF77 氢氧发动机的故障传递过程应当是这样的。即在 YF77 发动机的工作过程中,由于生产的氢泵(或者氧泵)的涡轮叶片(或者轴承)的材料的可靠性存在不足,导致到涡轮叶片(或者轴承)出现变形或者破裂。但由于涡轮叶片(或者轴承)的变形与破裂一开始时并不太严重,结果没有当场导致氢泵(或者氧泵)发生爆炸,而是提供给燃烧室的液氢(或者液氧)的供应量开始出不规则的大小变动(即时大时小),从而引发 YF77 发动机燃烧室的燃烧震荡(如脉动燃烧),最后再演化到引发剧烈的燃烧室爆震(家用煤气灶关闭后的燃烧爆震现象可用来进行对比分析)。

而在 YF77 氢氧发动机剧烈的爆震过程中, YF77 的涡涡排气装置作为薄弱环节首先被震裂了,最后导致到燃烧室整体失压而熄火停机。但却始终没有生爆炸的剧烈事故,长征五号火箭的箭体本身并没有受到破坏,因此另一台 YF77 发动机依旧能够正常工作到最后。

当然,如果 YF77 发动机突然发生燃烧不稳定现象也一样能够引发燃烧室爆震,从而引发一样的结果。

因为根据航天港论坛 BOMBER 网友早期的发言, YF77 氢氧发动机在早期研制阶段的确发生过燃烧不稳定事故。如果始终没有彻底消除隐患,这也会造成长征五号遥 2 火箭的事故现象。

但高凉陈君认为,氢泵与氧泵的涡轮叶片与轴承的破裂与变形失效的怀疑最大。至于那两个燃气发生器排气“小辫子”的失效则仅仅是表面事故现象,要加强这两个排气“小辫子”的结构强度也非常容易,更不会导致到今天长征五号火箭的复飞被迫拖延了两年之久困局的出现。

与之相反,如果最终确认是 YF77 的氢泵(或者氧泵)的涡轮叶片变形失效、乃至破裂(或者是轴承的失效、破裂)从而引发了 YF77 氢氧发动机的熄火停机事故,要彻底解决起才是真正的棘手与复杂麻烦。

因为即使强大如美国,当年在研制航天飞机的 SSME 氢氧主发动机时,也在氧泵的泄漏与涡轮叶片的裂纹事故上被“硬生生”推迟拖延进度时间达 3 年之久。

以上都是高凉陈君的一家之言,仅供参考分析之用。其具体的分析灵感来源于家用煤气灶关闭后的燃烧爆震现象的分析。而 YF77 的氢泵(或者氧泵)的涡轮叶片(或者轴承)的变形、破裂与失效也会引发同样的关机熄火爆震效应现象。

陈天(高凉陈君)

2019-1-2

转载请注明出自铁血tiexue.net, 本贴地址: http://bbs.tiexue.net/post_13350079_1.html
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      2019/1/3 9:25:04

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      [size=10.5]轴承振荡导致氢泵发生泄漏是长征五号遥2[size=10.5]火箭发射失败的最终根源

      [size=10.5]

      [face=宋体]高凉陈君怀疑[size=10.5]YF77发动机也发生了氢泵或者氧泵轴承振荡事故,因为如果是涡轮叶片破裂,[size=10.5]YF77发动机应该当场就彻底爆炸玩完。但如果是轴承振荡,由于输入燃烧室的液氢数量(或液氧)时大时小,就会造成脉动燃烧,最后发展到剧烈的发动机爆震,从而引起燃气发生器那两个小辫子的破裂,再进而引发燃气发生器失压熄火停机。[size=10.5]
      [size=10.5]
      毕竟燃气发生器的排气管道是典型的低压管道,理应更难发生致命性的故障。因此[size=10.5]YF77的故障必须从氢泵、氧泵与燃烧室等核心部件身上去查找原因。[size=10.5]
      [size=10.5]
      当年原苏联的[size=10.5]N1火箭其中一台[size=10.5]NK煤油发动机的氧泵破裂,[size=10.5]N1火箭当场就爆炸玩完了,但长征五号遥[size=10.5]2火箭显然不是这样,并没当场就爆炸玩完。因此氢泵(或氧泵)的轴承发生振荡的怀疑最大,原因既可能是润滑冷却不足,也可能是轴承与承载的泵壳本身的强度与可靠性不行等等。具体原因就有待专家们去追寻与解决了。但要花费时间是无疑问的,[size=10.5]SSME发动机的氢泵与氧泵故障当年也卡得美国人好惨的。[size=10.5]
      [size=10.5]
      [size=10.5]YF77发动机氢泵与氧泵的极高转速,如果是氢泵(或者氧泵)的涡轮叶片发生破裂,叶片的碎片十有八九就会当场击穿泵的外壳从而引发原苏联[size=10.5]N1火箭式的迅速大爆炸。欧洲的火神[size=10.5]1与美国的[size=10.5]SSME氢氧发动机在地面试验中也表明,只要氧泵一发生泄漏与破裂,就必然会立即发生致命性的爆炸燃烧重大事故。[size=10.5]
      [size=10.5]
      但长征五号遥[size=10.5]2火箭的故障发展过程则要平和得多了,并没有发生迅速的大规模爆炸,而且另外的一台[size=10.5]YF77发动机事后也坚持工作了[size=10.5]500多秒才关机。因此这样的故障症状与氢泵(或者氧泵)轴承的振荡非常契合。而轴承振荡继而引发[size=10.5]YF77燃烧室工作的不稳定,再发展至引发发动机整体的剧烈爆震,再震坏了作为薄弱环节的燃气发生器排气管道。最后导致[size=10.5]YF77发动机发生燃烧室失压熄火停机事故。这个解释也至少环环相扣,是讲得通的。[size=10.5]
      [size=10.5]
      当然,到底是氢泵还是氧泵的轴承发生了振荡事故,这还有待更多信息的披露公开与深入观察分析研究。但无论是氢泵还是氧泵的轴承出现故障问题,解决起来也都非常棘手麻烦(由其一旦确定是轴承的材料强度不可靠的话)。这也非常契合目前长征五号火箭的复飞日期一再拖延推迟的现实。以上都是高凉陈君的一家之言,仅供参考。[size=10.5]
      [size=10.5]
      还有,氧泵与氢泵的预冷做得不足、不均衡与不充分也会造成轴承工作寿命的降低。总之,液氢由于天生的超低温特性,其的各种“难伺服”都是出了名的。因此[size=10.5]YF77发动机的故障原因都是相当复杂与麻烦的。[size=10.5]
      [size=10.5]
      美国今天的德尔塔[size=10.5]4火箭的每次发射就鲜有不推迟延期的,发射场操作故障原因不是“阀门被冻死”就是各种各样的“泄漏、传感器故障”一箩筐,总之就是各种各样的不便、麻烦与棘手复杂了。因此在俄罗斯的[size=10.5]RD180煤油发动机被国会严令必须中止进口之后,宇宙神[size=10.5]5火箭的生产无以为继,现在连[size=10.5]ULA公司自己也决心抛弃使用[size=10.5]RS68氢氧主芯级发动机的德尔塔[size=10.5]4火箭,并宁愿重新投入巨资来研制使用烃燃料的火神新火箭了。[size=10.5]
      [size=10.5]
      根据长征五号遥[size=10.5]2火箭发回的监控视频分析,在其中的一台[size=10.5]YF77发动机出现熄火停机故障之前,长征五号火箭的尾部就明显发生了一次小规模的爆闪爆炸事件。[size=10.5]
      [size=10.5]
      参考美国[size=10.5]SSME发动机的研制经验教训,氢泵与氧泵轴承发生振荡与轴承密封失效都会引发燃料(或者氧化剂)的泄露,并进而引发火灾乃至爆炸事故。而日本的[size=10.5]LE7发动机在地面试验过程中也因爆炸事故直接造成了研制人员的伤亡。解决的办法除了加强轴承与泵壳材料的强度与密封外,降低氢泵与氧泵的转速、降低燃烧室的燃烧压力也是办法,但这也会导致[size=10.5]YF77氢氧发动机推力、比冲等性能指标的下降。[size=10.5]
      [size=10.5]
      因此牵一发而动全身。这也是高凉陈君坚决主张长征五号火箭必须要改进为使用二级半构型来执行[size=10.5]LEO轨道的发射任务的核心根源。[size=10.5]
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      现在越来越多的线索己经指向了长征五号遥[size=10.5]2火箭的发射失败是由其中一台[size=10.5]YF77发动机的氢泵轴承发生振荡,进而引发氢泵出现燃料泄漏,再引发小规模的爆闪爆炸。之后由于输入燃烧室的液氢流量时大时小,再引起燃烧室的燃烧振荡,最后导致[size=10.5]YF77发动机本身发生剧烈爆震,最后造成了燃气发生器排气管道的破裂,进而引发那台[size=10.5]YF77发生燃烧室失压熄火停机事故(而另一台[size=10.5]YF77并不受事故影响,一直坚持工作到最后)。[size=10.5]
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      与之相反,如果是氧泵轴承发生振荡,进而引发氧泵泄漏,那么长征五号遥[size=10.5]2火箭当时发生的爆闪爆炸就不会是小规模,而是直接就象原苏联的[size=10.5]N1火箭那样迅速发生致命大爆炸,并化为一个大火球就了事。[size=10.5]
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      但氢泵的小规模泄漏则不同,加之那时长征五号火箭已经飞行于地球稀薄大气层之上,空气中的氧气含量己经很低,泄漏的氢气想发生大规模爆炸燃烧也无条件。[size=10.5]

      氢泵轴承振荡引发泄漏就会发生“漏火事件”,但并不会立即就发生大规模爆炸。家用煤气灶出现这种现象就很常见。日本当年在研制[size=10.5]LE7氢氧发动机时就深陷[size=10.5]LE7发动机的各种泄漏故障不能自拔,被搞得焦头烂额、痛苦不已。[size=10.5]
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      历史已经一再表明,氧泵轴承振荡只要引发泄漏,后果[size=10.5]100%都会以大爆炸而结束,因为金属在高纯氧环境下都会立即猛烈燃烧起来,想救都没法子去救。这也为欧洲的火神[size=10.5]1与美国的[size=10.5]SSME氢氧发动机在地面试验过程中发生的氧泵泄漏(或者破裂),再引发的爆炸燃烧的事故所一再证实,发动机当场就迅速被烧到渣都不剩了。[size=10.5]

      而长征五号遥[size=10.5]2火箭回传的监控视频却表明,小规模爆闪爆炸发生后,长征五号火箭所出现的气体喷涌泄漏现象并没有停止,这也非常象液氢的泄露。[size=10.5]
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      但如果是液氧,则断然无法形成那种规模的长时间喷涌泄漏现象,在爆闪爆炸时就会将整个长征五号火箭彻底点燃,并立即化为一个大火球就了事。[size=10.5]
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      因此,高凉陈君认为长征五号遥[size=10.5]2火箭的事故大概率就是由其中一台[size=10.5]YF77发动机的氢泵轴承发生振荡,进而引发氢泵泄漏而造成的。长征五号遥[size=10.5]2火箭的监控视频表明,是先出现气体泄漏,引发喷涌“大雾”,之后再发生小规模爆闪爆炸,爆炸之后泄漏气体还是不断涌出。这也非常契合氢泵轴承振荡,继而引发液氢小规模泄漏的“平和”故障发展演化过程。[size=10.5]
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      如果是氢泵涡轮叶片出现破裂,氢泵壳体十有八九就会被高速([size=10.5]YF77发动机氢泵的转速极高、功率非常强大)飞溅而出的涡轮叶片碎块当场击穿,并接着引发迅速的剧烈大爆炸,从而将整个长征五号火箭烧成个大火球才会了事(参考挑战者航天飞机的爆炸演化过程)。[size=10.5]
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      而且泄露的气体引发了“大雾现象”,这也表明了泄露气体的温度极低,这也非常契合当时氢泵出现的小规模液氢泄漏事故的表现。[size=10.5]
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      但必须再次提醒,[size=10.5]YF77发动机的氢泵轴承出现振荡故障与长征五号火箭发射前的涡轮预冷流程也有极大关系。如果长征五号遥[size=10.5]2火箭发射前氢泵预冷没有做得足够的充分与均衡。氢泵轴承也一样会出事的。因此末来[size=10.5]YF77发动机氢泵的改进设计、生产制造与文昌航天中心的发射场发射操作流程都必须进行大幅度的全面加强与升级完善。[size=10.5]
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      当然,以上的所有见解观点,都仅仅是高凉陈君的一家之言,仅供大家参考研究分析而己。不足之处还恳请各位读者多多批评指正。[size=10.5]
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      陈天(高凉陈君)[size=10.5]
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      2019/1/5 12:33:24

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