四小时前,顾均生与王承书接到杨振华的绝密指令,搭乘军用运输机直飞燕京。
韩栋手里翻看着航天一院张国忠刚送来的火箭减重确认书。
“火箭空箭减重4.2吨,这是天工机床刻出来的物理极限。”韩栋将确认书放下。
“但距离15吨的主镜载荷安全发射,还差最后1.5吨的运力缺口。”
顾均生没有坐下,他大步走到白板前,抓起一支黑色马克笔,在白板上画下了一个火箭发动机燃烧室与喷管截面图。
“韩院长,长三乙这枚火箭,芯一级加上四个助推器,用的是五台YF-20系列的液氧四氧化二氮发动机,二级、三级是YF-75氢氧发动机。”
“张国忠能把壳体减掉4.2吨,已经是把命挂在你们启航的机床上了。
但这剩下的1.5吨推力缺口,从火箭骨架上绝对抠不出来,再削箭体就要成纸糊的了。”
韩栋抬眼:“所以要在发动机本身找补。”
“找不到!”王承书在旁边插话。
“航天系统的发动机,推力一旦定型,燃料流量、泵体转速、燃烧室容积全都是锁死的,怎么找补?”
顾均生叹了口气。
“发动机工程界,有一个词叫热力学磨损税。”顾均生指着涡轮泵的位置。
“第一大损失,涡轮泵机械效率损失。
轴承有摩擦,叶轮有间隙。为了防抱死,零件之间必须留足公差。高压燃气在这些微观缝隙里逃逸,白白浪费了推力。”
笔尖滑向燃烧室顶部的喷注器面板。
“第二大损失,燃烧室混合效率损失。”顾均生点了点面板。
“推进剂从成千上万个微米级的喷孔里高压射出。
如果喷孔内壁粗糙度过高,就会导致雾化不均匀,液氧和煤油不能在瞬间完全混合。
这就导致部分燃料没有燃烧就被喷了出去,成了死重。”
笔尖最终落在钟罩形喷管。
“第三大损失,喷管型面损失。”顾均生声音加重。
“这是最致命的,燃气在喷管内膨胀加速,超音速排出。
图纸上的理想型面方程是完美的,但国内的数控旋压机床做不到完美贴合方程。
喷管内壁几毫米的波浪形公差,会导致超音速气流产生微激波,激波会吃掉动能。”
顾均生放下笔,报出一个数字。
“这三大损失叠加,通常会吃掉发动机理论推力的6%到7%。
目前航天最好的发动机,实测推力转化率,最多只能达到理论值的93.5%。”
“那剩下的6.5%呢?”韩栋问。
“全被粗糙的制造工艺当成税交给了物理定律。”顾均生苦笑。
“这是现有工业基础下的绝对死局。
全世界的航天强国,都在这6%的区间里死磕,美国人最好也只能做到96%。”
这是传统航天制造业的悲哀。
设计端算出了100分的试卷,但制造端只能答出93分。
“顾总师,如果把这交掉的6.5%的税,强行拿回来,能不能填平这最后1.5吨的运力缺口?”
顾均生一愣,本能地在脑海中飞速换算。
“YF系列发动机总推力基数庞大,如果转化率能从93.5%提升到99%以上,折合出来的净增推力,别说1.5吨,甚至能有1.8吨的盈余!”
顾均生无奈的摇了摇头。
“但这不可能!这违背了机械加工的宏观规律,绝对理想状态只存在于电脑里!”
韩栋按下面前的系统直连终端按键。
“陆佳杰。”韩栋开口。
“韩总。”墙壁扩音器里传出陆佳杰的声音。
“调取一个月前,大兴基地第四保密级别档案。把盘古系统关于072工程二级发动机的17份修正预警报告,全部解封。”韩栋下达指令。
顾均生和王承书同时抬头。
大屏幕瞬间亮起。
庞大的盘古系统底层界面展现出来,黑色背景上,一行行绿色代码如瀑布般倾泻。
“两周前,你把072火箭发动机的217个核心部件数模交给我的时候,盘古系统在第一次解算时,就报出了17项工艺缺陷。”
韩栋站起身,走到大屏幕前。
屏幕上,发动机的喷管三维模型被单独提取出来放大。
喷管内壁上,密密麻麻地标注着十七处红色的警告圈。
“当时我压下了这份报告,告诉底下人,启航无权修改航天底层的设计逻辑。”
韩栋看向顾均生。
“但今天是你们需要这1.5吨的运力。大禹治水,堵不如疏,运力不足,那就在微观制造上,把被吃掉的推力连本带利地榨出来。”
韩栋转头看向屏幕。
“导入顾总师刚才提供的,全套发动机热力学循环参数,开启联合仿真推演沙箱。”
大屏幕上的画面陡然变换。
三维发动机模型开始运转。代表燃料燃烧的红色粒子流在燃烧室中疯狂涌动。
“针对第一大损失,涡轮泵效率。”韩栋指着屏幕右侧实时跳动的数据。
“涡轮泵之前已经用天工九代机床重塑过了。纳米级找平,绝对零泄漏,偏载振动归零。盘古实测,泵体机械效率从88%直接飙升到98.5%。”
王承书看着那组泵体参数,默默点头,这确实是他们亲眼见证的奇迹。
“重点是第二大损失,燃烧室喷注器加工精度。”
屏幕画面切入到微观领域。
燃烧室顶部的喷注面板被无限放大,露出了那些直径仅有零点几毫米的燃料喷孔。
“顾总师,你们原来的喷孔,是用高频电火花打孔技术做的。”韩栋无情地揭开伤疤。
“孔壁有很多微观的金属熔渣和烧结坑,推进剂流经这里,液流会发生不可控的偏转和空化现象,雾化角误差高达正负4度!”
屏幕上模拟出传统工艺下的雾化场,红蓝两色的粒子流交织在一起,有大片区域出现了混合不均的暗带。
“盘古给出的修正方案。”韩栋切出全新工艺。
“用飞秒激光冷加工,配合磁流变液体微抛光,对数以万计的喷注孔进行逐一修整,孔壁表面粗糙度压到0.02微米以下,雾化角公差锁死在0.1度以内。”
新的雾化场模型生成。
红蓝粒子在喷出孔洞的瞬间,均匀爆散成无数极细的微滴,混合得完美无瑕,燃烧室温度场分布,表现出令人头皮发麻的绝对对称。
顾均生推了推眼镜,内心极为震撼。