液体火箭主发动机技术现状与发展建议

doi:10.3981/j.issn.2097-0781.2022.01.007

前瞻科技 ›› 2022, Vol. 1 ›› Issue (1): 75-85.DOI: 10.3981/j.issn.2097-0781.2022.01.007

液体火箭主发动机技术现状与发展建议

李斌()

航天推进技术研究院,西安 710100

收稿日期:2022-02-21 修回日期:2022-03-07 出版日期:2022-03-20 发布日期:2022-04-21
作者简介:李斌,研究员,博士研究生导师。现任航天推进技术研究院副院长。国家“万人计划”科技创新领军人才,国防“973”项目技术首席,总装备部航天运载技术专业组副组长。长期从事液体火箭发动机和新型组合动力技术研究。作为中国新一代运载火箭发动机项目负责人,带领团队突破了高压补燃循环液氧煤油发动机为代表的多项重大关键技术,现负责中国重型运载火箭主动力研制和新型组合式动力研究。获国家科学技术进步奖一等奖1项,国防科学技术进步奖11项,第四届航空航天月桂奖以及中国航天基金会2020年度“钱学森杰出贡献奖”。出版专著1部,发表论文43篇,授权发明专利、国防专利26项。电子信箱： casclibin@sohu.com。

Technical Status and Development Proposals of Liquid Rocket Engine for Space Launch Vehicle

LI Bin()

Academy of Aerospace Propulsion Technology, Xi’an 710100, China

Received:2022-02-21 Revised:2022-03-07 Online:2022-03-20 Published:2022-04-21

摘要/Abstract

摘要：

论述了航天运载器液体火箭主发动机的技术特点、世界各国发展历程及发展趋势。指出当前要重点研究的技术问题、主要研究方向和研究内容。结合中国航天液体动力发展现状、问题和面临的挑战提出了发展建议。

关键词: 航天运输系统, 运载器, 液体火箭发动机

Abstract:

First, technical features, evolution and development trend of liquid rocket engine for space launch vehicles are discussed. Then, key technical problems, research direction and content that need to be focused on in the future are presented. Finally, taking account of the development status, problems and challenges of liquid rocket engines in China, some development proposals are put forward.

Key words: space transportation system, launch vehicle, liquid rocket engine

李斌. 液体火箭主发动机技术现状与发展建议[J]. 前瞻科技, 2022, 1(1): 75-85.

LI Bin. Technical Status and Development Proposals of Liquid Rocket Engine for Space Launch Vehicle[J]. Science and Technology Foresight, 2022, 1(1): 75-85.

图/表 7

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循环方式	推进剂	发动机	海平面推力/kN	海平面比冲/s	室压/ MPa	研制国家	研制时间	应用	备注
补燃循环	液氧/ 煤油	RD-171M	7257	309	24.5	苏联	1974—1985	Zenit一级
		RD-180	3824	311	25.7	俄罗斯	1992—1998	Atlas-5一级
		RD-191	1922	310	25.8	俄罗斯	1998—2009	Angara一级
		NK-33	1509	297	14.8	苏联	1959—1965	N-1一级
		YF-100K	1250	302	18.7	中国	1995—2015	—	YF-100改进型,尚未飞行
	液氧/ 液氢	RD-0120	1447	353.2	21.8	苏联	1974—1988	Energia一级
		SSME	1666	361	18.9	美国	1972—1981	航天飞机一级
		LE-7A	854	338	11.9	日本	1994—2002	H-2A一级
	液氧/ 甲烷	Raptor	2000	330	30.0	美国	2012—	Starship一级
	液氧/ 甲烷	BE-4	2400	342 （真空）	13.4	美国	2014—	New Glenn/ Vulcan一级
	NTO/ UDMH	RD-275	1590	289	16.0	苏联	1961—1975	Proton-KM一级	RD-253改进型
膨胀循环	液氧/ 液氢	LE-9	1471	426	10.0	日本	2013—	H-3一级
燃气发生器循环	液氧/ 煤油	RD-107A	814	256	6.0	苏联	1954—1957	Soyuz-2助推	RD-107改进型
		F-1	6762	265	6.8	美国	1959—1966	Saturn-5一级
		RS-27A	890	255	4.8	美国	1971—1973	Delta-2一级	RS-27改进型
		Merlin-1D+	854	282	9.7	美国	2002—	Falcon-9一级	Merlin-1改进型
	液氧/ 液氢	RS-68	2891	365	10.0	美国	1998—2002	Delta-4一级
		Vulcain-2	1068	434	11.6	欧洲	1984—1996	Ariane-5一级	Vulcain改进型
		YF-77	510	310	10.2	中国	2001—2015	CZ-5一级
	液氧/ 甲烷	YF-209	735	293	—	中国	2006—	—	尚未飞行
	NTO/ UDMH	YF-20	700	254	7.0	中国	1965—1980	CZ-2/3/4一级

循环方式	推进剂	发动机	海平面推力/kN	海平面比冲/s	室压/ MPa	研制国家	研制时间	应用	备注
补燃循环	液氧/ 煤油	RD-171M	7257	309	24.5	苏联	1974—1985	Zenit一级
		RD-180	3824	311	25.7	俄罗斯	1992—1998	Atlas-5一级
		RD-191	1922	310	25.8	俄罗斯	1998—2009	Angara一级
		NK-33	1509	297	14.8	苏联	1959—1965	N-1一级
		YF-100K	1250	302	18.7	中国	1995—2015	—	YF-100改进型,尚未飞行
	液氧/ 液氢	RD-0120	1447	353.2	21.8	苏联	1974—1988	Energia一级
		SSME	1666	361	18.9	美国	1972—1981	航天飞机一级
		LE-7A	854	338	11.9	日本	1994—2002	H-2A一级
	液氧/ 甲烷	Raptor	2000	330	30.0	美国	2012—	Starship一级
	液氧/ 甲烷	BE-4	2400	342 （真空）	13.4	美国	2014—	New Glenn/ Vulcan一级
	NTO/ UDMH	RD-275	1590	289	16.0	苏联	1961—1975	Proton-KM一级	RD-253改进型
膨胀循环	液氧/ 液氢	LE-9	1471	426	10.0	日本	2013—	H-3一级
燃气发生器循环	液氧/ 煤油	RD-107A	814	256	6.0	苏联	1954—1957	Soyuz-2助推	RD-107改进型
		F-1	6762	265	6.8	美国	1959—1966	Saturn-5一级
		RS-27A	890	255	4.8	美国	1971—1973	Delta-2一级	RS-27改进型
		Merlin-1D+	854	282	9.7	美国	2002—	Falcon-9一级	Merlin-1改进型
	液氧/ 液氢	RS-68	2891	365	10.0	美国	1998—2002	Delta-4一级
		Vulcain-2	1068	434	11.6	欧洲	1984—1996	Ariane-5一级	Vulcain改进型
		YF-77	510	310	10.2	中国	2001—2015	CZ-5一级
	液氧/ 甲烷	YF-209	735	293	—	中国	2006—	—	尚未飞行
	NTO/ UDMH	YF-20	700	254	7.0	中国	1965—1980	CZ-2/3/4一级

循环方式	推进剂	发动机	真空推力/kN	真空比冲/s	室压/ MPa	研制国家	研制时间	应用	备注
燃气发生器循环	液氧/ 液氢	J-2	1023	425	5.4	美国	1960—1966	Saturn-5二级	HM-7改进型
		HM-7B	62.6	445	3.5	欧洲	1973—1983	Ariane-2/3/4三级
		YF-75	78.5	440	3.7	中国	1986—1994	CZ-3A/B/C三级
	NTO/ UDMH	YF-40	49	300	4.4	中国	1976—1990	CZ-4A/B/C三级
补燃循环	液氧/ 煤油	RD-58M	79.5	354	7.8	苏联	—	Zenit上面级
		RD-0124	294.3	359	15.7	俄罗斯	1993—2006	Angara二级
		YF-115	180	342	12.0	中国	1995—2015	CZ-6二级
	NTO/ UDMH	RD-0210	600	316	14.9	苏联	1693—1967	Proton二级
膨胀循环	液氧/ 液氢	Vinci	180	457	6.0	欧洲	2000—	Ariane-6上面级	尚未飞行
		LE-5B-2	145	447	3.8	日本	1977—1986	H-2A二级	LE-5改进型
		RL10B-2	110	462	4.4	美国	1958—1963	Delta-4二级	RL10改进型
		RD-0146	68.6	470	5.9	俄罗斯	2000—	Rus-M二级	尚未飞行
		YF-75D	90	442	4.1	中国	2006—2016	CZ-5二级

循环方式	推进剂	发动机	真空推力/kN	真空比冲/s	室压/ MPa	研制国家	研制时间	应用	备注
燃气发生器循环	液氧/ 液氢	J-2	1023	425	5.4	美国	1960—1966	Saturn-5二级	HM-7改进型
		HM-7B	62.6	445	3.5	欧洲	1973—1983	Ariane-2/3/4三级
		YF-75	78.5	440	3.7	中国	1986—1994	CZ-3A/B/C三级
	NTO/ UDMH	YF-40	49	300	4.4	中国	1976—1990	CZ-4A/B/C三级
补燃循环	液氧/ 煤油	RD-58M	79.5	354	7.8	苏联	—	Zenit上面级
		RD-0124	294.3	359	15.7	俄罗斯	1993—2006	Angara二级
		YF-115	180	342	12.0	中国	1995—2015	CZ-6二级
	NTO/ UDMH	RD-0210	600	316	14.9	苏联	1693—1967	Proton二级
膨胀循环	液氧/ 液氢	Vinci	180	457	6.0	欧洲	2000—	Ariane-6上面级	尚未飞行
		LE-5B-2	145	447	3.8	日本	1977—1986	H-2A二级	LE-5改进型
		RL10B-2	110	462	4.4	美国	1958—1963	Delta-4二级	RL10改进型
		RD-0146	68.6	470	5.9	俄罗斯	2000—	Rus-M二级	尚未飞行
		YF-75D	90	442	4.1	中国	2006—2016	CZ-5二级

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