北理工科技為長征五號首飛編織“火焰尾翼”

　　11月3日，我國研制的起飛規(guī)模最大、技術(shù)跨度最大、運載能力最大的新一代大型運載火箭——“長征五號”在海南文昌航天發(fā)射場成功首飛。此次成功發(fā)射，標(biāo)志著我國航天總體技術(shù)躋身世界一流行列。在此次火箭發(fā)射任務(wù)中，北理工科研團隊及科技成果發(fā)揮了關(guān)鍵作用，宇航學(xué)院姜毅教授帶領(lǐng)的發(fā)射氣體動力學(xué)課題組圓滿完成發(fā)射場導(dǎo)流槽研制保障任務(wù)，為長征五號新型運載火箭成功發(fā)射編織出絢麗的“火焰尾翼”，為我國新一代航天發(fā)射場的建設(shè)做出了重要貢獻。

　　發(fā)射塔及底部導(dǎo)流槽

　　導(dǎo)流槽位于火箭發(fā)射塔最下端，是航天發(fā)射場最具技術(shù)含量的基礎(chǔ)保障設(shè)施。火箭在發(fā)射時會噴出超高溫高速的火焰，如果導(dǎo)排不暢，反射的燃氣流會對發(fā)射設(shè)施和火箭尾部產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致發(fā)射失敗。因此，必須在火箭底部兩側(cè)采取導(dǎo)流措施，將高溫的燃氣導(dǎo)至遠離發(fā)射架的地方。作為中國最新和最先進的海南文昌航天發(fā)射場，在建設(shè)之初就定位于滿足新一代大推力運載火箭的發(fā)射要求，發(fā)射場導(dǎo)流槽的設(shè)計也成為最重要的技術(shù)攻關(guān)。

　　文昌發(fā)射場總體設(shè)計單位經(jīng)過多年對國內(nèi)各著名研究所及高校研究機構(gòu)的認(rèn)真調(diào)研，鑒于姜毅教授曾參與完成我國酒泉、西昌等載人航天發(fā)射場導(dǎo)流槽研究和設(shè)計，不僅在相關(guān)理論分析等基礎(chǔ)研究方面具有豐富的經(jīng)驗和技術(shù)優(yōu)勢，而且具備豐富的工程化經(jīng)驗與過硬的保障實力。值得一提的是，團隊不拘泥于已有技術(shù)優(yōu)勢，始終保持銳意創(chuàng)新的進取精神，憑借首創(chuàng)的“向燃氣流噴水”的關(guān)鍵技術(shù)理論突破，征服了總體設(shè)計單位。最終，北京理工大學(xué)(分?jǐn)?shù)線,專業(yè)設(shè)置)成為新型航天發(fā)射場導(dǎo)流槽設(shè)計的唯一合作單位，姜毅教授團隊被選為唯一合作者，參與了我國新一代運載火箭導(dǎo)流槽理論研究和試驗驗證項目關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

　　“長征五號與現(xiàn)役運載火箭相比，無論在推力、參數(shù)、溫度、速度、火焰長度方面，還是在點火后火箭在發(fā)射臺上的停留時間等方面，都有大幅度增長，為火箭的發(fā)射帶來空前的技術(shù)難題，”姜毅教授介紹到。如何有效降低運載火箭發(fā)射時燃氣射流引起的相關(guān)效應(yīng)，是我國新一代運載火箭發(fā)射場建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　向燃氣流噴水試驗

　　北理工配合發(fā)射場總體設(shè)計單位，用“火中澆水”的大膽創(chuàng)新，為我國新一代運載火箭導(dǎo)流槽理論研究和試驗驗證項目關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)書寫了漂亮的答卷。姜毅教授帶領(lǐng)7名博士生通過縮比噴水試驗，證明了通過向火箭燃氣流噴水可以大幅度降低燃氣射流核心區(qū)長度，為降低導(dǎo)流槽設(shè)計深度提供了重要的科學(xué)依據(jù)，為工程建設(shè)節(jié)約大量成本。團隊還完成了向高溫高速燃氣射流噴水的多種工況數(shù)值模擬，建立了數(shù)值計算模型，為導(dǎo)流槽的優(yōu)化設(shè)計工作提供了一種高效的技術(shù)途徑。

　　據(jù)姜毅教授介紹，“新一代航天發(fā)射場發(fā)射工位必須做到可以兼容發(fā)射各種大推力新一代運載火箭的要求，設(shè)計出適應(yīng)性強的導(dǎo)流系統(tǒng)，是我國新一代航天發(fā)射場設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一”。為適應(yīng)長征五號嚴(yán)苛的發(fā)射需求，在時間緊、任務(wù)重的艱難背景下，姜毅課題組充分發(fā)揚了北理工人攻堅克難的科研品質(zhì)，經(jīng)過不懈努力，提出了導(dǎo)流槽出口雙弧面設(shè)計技術(shù)，有效降低了燃氣流對運載火箭的影響，并通過理論和試驗證明了該項技術(shù)的有效性，最終在文昌發(fā)射場發(fā)射核心區(qū)的實際導(dǎo)流槽建設(shè)中的到了成功應(yīng)用，圓滿完成了導(dǎo)流槽優(yōu)化設(shè)計的理論分析任務(wù)，以保證長征五號的順利發(fā)射。