科创中国

航空航天技术,新一代民用航空运行保障系统

新型液氧/煤油火箭发动机采用燃烧、传热与结构耦合设计平台 设计，集成了高温合金 3D 打印技术、C-SiC 复合材料喷管技术、新 型同轴射流喷嘴技术等多种先进技术。 3D 打印技术的发展，给发动机冷却系统与结构的设计带来了革 命性的变化。冷却通道形状与布置方式的设计不再受制于传统工艺 的束缚，发动机结构也可以通过计算机辅助设计得到最大程度的优 化。团队充分利用 3D 打印带来的便利，针对性地发展了一种发动机 燃烧、传热与结构耦合设计方法，完成了发动机冷却系统与结构的 优化设计，研制成功高温合金 3D 打印液氧煤油发动机原理样机（图 1a），并完成了一系列长时间地面考核试验 基于 CFD 辅助设计提出了一种基于“龙卷风”自引射原理的双 组元旋流喷嘴（图 2），在射流出口中心形成一个负压区，把两种 流体吸入并充分混合，从而实现高效混合与稳定燃烧。与上海硅酸盐所合作开发了 C/SiC 陶瓷基复合材料发动机尾喷 管（图 3a），并顺利通过 100 s 点火与热防护试验考核

新型液体火箭发动机技术的技术亮点主要包括燃烧、传热与结构耦合设计平台，高温合金3D打印技术，C-SiC复合材料喷管技术，以及新型同轴射流喷嘴技术等多种先进技术的集成和应用。 其中，燃烧、传热与结构耦合设计平台是新型液体火箭发动机技术的一大亮点，通过该设计平台，发动机的燃烧、传热和结构可以同时进行优化设计，以提高发动机的性能和可靠性。 高温合金3D打印技术的应用，使得发动机的冷却系统与结构的设计得到了革命性的变化。利用3D打印技术，发动机的冷却通道形状与布置方式的设计不再受传统工艺的束缚，发动机结构也可以通过计算机辅助设计得到最大程度的优化。 另外，C-SiC复合材料喷管技术和新型同轴射流喷嘴技术的应用，也有助于提高火箭发动机的性能和可靠性

中科院力学所发动机研发团队是我国最早开展超燃冲压发动机 研究的团队之一。二十多年来，在国家自然科学基金委、总装 863、 中科院知识创新工程、国家重点实验室以及国家重大专项等支持下， 深入开展了碳氢燃料超声速燃烧与发动机主动冷却技术等研究，在 加热/裂解燃料的流动、传热、燃烧及燃烧稳定性等方面取得了一系 列原创性成果。近年来，在科学院“战略性先导科技专项”等项目 的支持下，开展了小型液氧煤油火箭发动机的研究工作。 团队目前已有核心研发人员 10 人，9 名博士，其中正高级研究 员 2 人，副高级研究员 7 人，平均年龄不到 40 岁，涵盖流体力学， 工程热物理，燃烧学，物理化学，光学，机械工程等多个专业领域。

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