130吨级泵后摆发动机(2015年航天六院开始研制的火箭发动机)

130吨级泵后摆发动机，是一种将摇摆装置后置的发动机，是在120吨液氧煤油高压补燃发动机基础上，通过局部调整而研制的，是一种大推力液体火箭发动机。研发单位是中国航天科技集团六院。

2015年9月，130吨级泵后摆发动机完成燃气摇摆装置等关键组件原理性试验验证；同年10月，启动发动机方案论证和工程设计工作。次年6月设计工作基本完成，图纸下发。2017年4月10日，完成零部组件生产进入总装，5月17日完成全部装配工作；同年6月1日，中国首台泵后摆火箭发动机首次试车成功。2018年12月26日，发动机长程500秒试车成功。截至2022年6月已完成13台、逾30次、逾1万秒整机热试车考核；同年12月10日，在抱龙峪试验区完成不下台第4次试车，本台发动机完成4次累计2100秒试车，刷新了此前中国百吨级系列液氧煤油发动机2050秒的单台最长试车纪录。2023年6月，完成上台后的第六次试车。发动机累计试车时长达到3300秒，再次创造中国百吨级发动机单台试车新纪录。2024年4月28日，130吨泵后摆液氧煤油发动机完成四机并联点火试验。

130吨级泵后摆发动机是中国首型泵后摆大推力液体火箭发动机，用最小的摆动实现了推力矢量的变化，发动机结构还更加紧凑，火箭总体构型更加优化。可提供海平面推力1250kN，在5ｍ箭径内布7台发动机并可分级起动。拥有泵后摆总体布局、摇摆补偿装置等关键技术。该发动机对中国火箭运载能力提升、丰富型谱具有重要意义，是中国未来探月及深空探测的动力保障。包括YF-100K、YF-100M、YF-100N等型号。

发展沿革

研发背景

随着载人登月探测计划的提出及新一代载人运载火箭方案论证需求，按照航天发展、动力先行的方针，作为新一代载人运载火箭的主动力装置，泵后摆发动机基于机架的布局方式，将摇摆软管设置在推力室燃气、燃料路，进行推力矢量控制时只有推力室及与其相连的管路摇摆。随着发动机推力和推进剂流量的不断提高，发动机泵后摆方案质量偏心小、摇摆包络小、摇摆组件易于布局等优点更加突出。为满足新一代载人运载火箭（登月火箭）的动力需要，中国启动泵后摆发动机的研发工作。

研发历程

2015年9月，130吨级泵后摆发动机完成燃气摇摆装置等关键组件原理性试验验证；同年10月，启动发动机方案论证和工程设计工作。2016年6月设计工作基本完成，图纸下发。

2017年4月10日，130吨级泵后摆发动机完成零部组件生产进入总装，5月17日完成全部装配工作。为满足泵后摆发动机首次试验要求，中国航天科技集团第六研究院165所抱龙峪试验区参试人员进行了多项测试系统改进，并完成了多次冷摆试验和综合测试。同年6月1日，中国首台泵后摆火箭发动机首次试车成功，中国成为世界上第二个掌握泵后摆核心技术的国家。

2018年11月6日，中国航天科技集团第六研究院携130吨级泵后摆发动机YF-100K亮相第十二届中国国际航空航天博览会（珠海航展）；同年12月26日，在西安抱龙峪试验区，发动机长程500秒试车成功，研制工作跨入一个崭新的阶段。此次试车与前8次试车相比，要一次完成包括考核蒸发器燃气全流量加温能力、考核氧低、氧高入口压力工作适应性、发动机长程低工况、低工况、高工况、机电伺服机构联合工作适应性等14项试车目的，是该试验区2018年承担的最复杂、最困难的一次试车。

2022年6月，130吨级泵后摆发动机已完成13台、逾30次、逾1万秒整机热试车考核；自9月28日以来，这台发动机完成了三次共650秒试车，三战三捷；同年10月，发动机进行了300秒长程试车，取得圆满成功；12月10日，在抱龙峪试验区完成不下台第4次试车，本台发动机完成4次累计2100秒试车，单台累计工作时长超8倍任务时间，刷新了此前中国百吨级系列液氧煤油发动机2050秒的单台最长试车纪录。

2023年6月，130吨级泵后摆发动机成功完成上台后的第六次试车。发动机累计试车时长达到3300秒，再次创造中国百吨级发动机单台试车新纪录。2024年4月28日，130吨级泵后摆发动机完成四机并联点火试验，发动机总推力超500吨，这是中国液体动力发展史上推力最大、系统最为复杂的一次发动机点火试验，是首次大推力液氧煤油发动机四机并联点火试验，对四机并联方案进行了“全面体检”，为2024年新型火箭首飞奠定了坚实的动力基础。四机并联试车成功，验证了泵后摆发动机多机工作的协调性和最大力热环境下的工作可靠性，证明了发动机完全具备了飞行应用的条件。试验结束后，发动机经检测处理，将交付飞行应用。

技术参数

参考资料：

技术特点

130吨级泵后摆发动机是一种将摇摆装置后置的发动机，能够有效减小发动机工作占用空间、减轻发动机结构重量、降低火箭伺服摇摆力矩，用最小的摆动实现了推力矢量的变化。该发动机与现役的120吨级液氧煤油发动机相比，推力更大、性能更高、结构更紧凑，在同等火箭直径内可布局更多的发动机，有效提高火箭运载能力。

参考资料：

关键技术

泵后摆总体布局技术

泵后摆布局基于机架的布局方式，发动机主要组件固定方案与泵前摆发动机差异明显。发动机总体布局兼顾小包络、开敞性、通用化需求。为实现仅摆动推力室，在涡轮出口设置了大通径、高压、高温燃气摇摆装置，将涡轮做工后的高温、高压富氧燃气供应到推力室，在推力室燃料入口管路上设置2个高压燃料摇摆装置。3个摇摆装置（2个燃料摇摆装置和1个燃气摇摆装置）的摇摆中心共面，实现推力室围绕燃气摇摆装置中心摇摆。为实现结构模块化，提高装配效率和精度，设计燃气弯管连接涡轮泵和燃气摇摆装置，包括燃气摇摆装置与推力室连接，均采用法兰连接，为此研制了专门的大通径自紧式特型密封，以确保燃气路密封可靠。发动机通过燃气摇摆装置上端面将推力传递到机架，为适应发动机多种需求的机架安装结构，设置了一个轻质化通用传力环。通过与总体一体化设计，登月火箭用的发动机采用单机六点杆式机架与总体对接。将发动机的控制与吹除气源和相关阀门、管路设计为单独的通用模块，固定在机架上，通过管路与被控阀门连接。

摇摆补偿装置技术

摇摆补偿装置包括燃气摇摆装置、燃料摇摆装置、金属软管等。燃气摇摆装置是传递发动机推力、补偿摇摆变形、实现发动机泵后摇摆的关键组件。该组件需满足约300kg/s、23MPa、750k的富氧燃气过流、摇摆补偿、结构传力的要求，热流大、结构载荷恶劣。利用推力室产生的推力抵消摇摆软管分离力，优化摇摆软管直径，使燃气摇摆装置传力结构承力最小；结构内设计液氧冷却夹层，形成气膜，有效降低摇摆软管工作温度，并缓冲燃气压力脉动；通过采用多层波纹管、波纹管波形和装环型面优化，摇摆软管在确保承载的同时，具有良好的柔性，减小了发动机摇摆力矩。

大范围快速高精度变工况技术

火箭发动机点火后，先进行发动机及火箭其他组件工作状态的健康诊断，诊断正常后火箭起飞，可有效提高火箭发射可靠性。这需要发动机起动过程中，先起动至初级工况（不低于70％工况），火箭健康诊断正常后，发动机转至额定工况，火箭起飞。推力调节系统通过控制系统对发动机流量调节器电机组件进行快速高精度闭环调节，改变发动机流量调节器开度，进而改变燃气发生器的煤油流量，实现发动机推力调节。该技术为火箭动力重构、节流飞行等优化控制创造了条件，可应用于发动机混合比飞行过程在线调节。

氧泵减振技术

振动对小管路、电气产品结构可靠性有重要影响。大功率氧泵是发动机最重要的振源之一。通过分析，氧泵的振动主要来源于氧泵扩压器出口的压力波动。采用管式扩压器后，在保证扬程效率不变的情况下显著降低动静干涉流体激振现象，有效降低了氧泵振动。整机热试车表明，氧泵出口脉动压力降低40％~50％，氧泵振动各向RMS值降低20％~30％。

系统稳定性技术

液氧煤油补燃循环发动机功率密度高，为实现高可靠性，必须彻底解决发动机各种频率的振荡问题，对系统稳定性技术提出了更高的要求。130吨级泵后摆发动机针对流量调节器燃料供应回路振荡、氧系统低频振荡、低工况发生器供应系统振荡以及燃烧稳定性等方面开展了大量研究。流量调节器燃料供应回路是补燃循环发动机控制和稳定推力的关键系统，为了解决流量调节器起动过程流量供应振荡问题，通过改进流量调节器滑阀结构，消除了９0Hz低频振荡。发动机采用燃气驱动预压涡轮泵方案，驱动燃气与液氧掺混冷凝过程容易与输送管路形成氧系统低频振荡，通过改进燃气掺混孔结构，解决了氧系统低频振荡问题。通过对燃气发生器结构调整和改进，识别了发生器燃烧稳定性机理，为彻底解决低工况供应系统振荡和燃烧稳定性奠定了基础。

技术应用

应用前景

作为目前中国唯一满足新一代载人运载火箭（登月火箭）动力要求的发动机，其二级高空改进型号（适应低入口压力起动、推力室喷管面积比增大）可用于新一代载人运载火箭二级主发动机；按照重复试车能力设计，具备可重复使用潜力。将发动机改进使其具有两次点火、深度节流功能，可满足火箭回收及重复使用需求；在3.8ｍ箭径布局4台，可以实现单芯级、三模块、五模块构型，拓展中国火箭型谱；该发动机可衍生为单摆、不摆、氧增压、氦增压等多个单机状态，通过模块化组合，灵活应用于现有火箭型号，提高火箭的运载能力。

应用领域

泵后摆技术是大推力高压补燃液氧煤油发动机所需要的技术之一，在推力较小的液发-100上验证该项技术有助于降低中国在研发液发-480时的技术困难度，液发-480将是中国超重型火箭长征九号运载火箭的主发动机。

相比此次验证泵后摆技术的液发-100，中国正在研发中的500吨级液发-480火箭发动机更需要此项技术。从以往经验来看，在整体系统难度相对较小的液发-100上先行验证该项技术，再通过放大改进移植到液发-480上，比较符合中国航天技术的发展方式。而液发-480将是中国下一代超重型运载火箭长征九号运载火箭的芯级发动机，因此泵后摆火箭发动机技术也可以被认为是长征9号火箭项目众多关键技术中的一项。