YF100 是中國航天推進技術研究院研發的一款 120 噸級液氧煤油火箭發動機。YF100 採用了自啟分級燃燒迴圈技術，發動機混合比和推力均可調節，是新一代長征系列運載火箭的主要發動機。其應用標誌著中國成為俄羅斯後第二個掌握液氧煤油分級燃燒迴圈火箭發動機的國家。 歷史 1970 年代以來，中國航天所採用的長征系列運載火箭大量採用四氧化二氮和偏二甲肼作為推進劑。然而該組合具有劇毒和強腐蝕性，儘管採用該種推進劑的發動機相對成熟，但發動機推力難以增加，並且推進劑的諸多劣勢限制了火箭效能的進一步提升。在此背景下，1980 年代中國在 863 計劃下開始研究新一代運載火箭方案，大推力液氧烴推進劑發動機關鍵技術研發被提上日程，主要工作由西安航天動力研究所（航天科技集團六院）開展。從 1986 年 9 月到 1988 年 10 月，研究團隊進行了 10 次液氧與烴燃料的點火燃燒實驗，確定了使用液氧煤油的路線。1990 年代早期，中國從前蘇聯引進了三臺 RD120 發動機，其成為了 YF100 的研發樣板。雖然 RD120 所採用的分級燃燒迴圈技術難度極大，加上 YF100 的高設計標準導致專案必須攻克一系列新材料及工藝，六院的研製人員依舊堅持使用該方案，認為：這樣就可以一步把我國火箭發動機研製落後世界水平十幾年的差距趕過來。1995 年，研發團隊使用 RD120 進行了兩次熱試車，驗證了國產航天煤油應用於火箭發動機的可行性。1995 年同年，針對液氧煤油發動機進行的工藝預研及攻關課題達到了 130 項。1998 年初，渦輪泵聯動試驗取得成功。為了驗證預研部件的可靠性，研究人員在 1999 年進行了 100 噸工況組合件聯動實驗，但實驗因發生燃燒現象而以失敗告終。 2000 年 9 月，中華人民共和國國務院批准立項 120 噸級液氧煤油發動機，正式進入工程研製階段。2001 年 10 月發動機開始初樣研製，2005 年 12 月轉入了試樣階段。專案在初期研發上遇到了許多問題：2001 年，連續四次發動機試車均以失敗告終，其中還連續兩次發生了爆炸，甚至無法找到發動機殘骸。發生中國航天曆史上絕無僅有的失敗後，外界對專案的可行性提出了質疑，研發單位因此面臨了極大的壓力。由於發動機採用了分級燃燒迴圈，渦輪泵的高壓力和高轉速導致的巨大震動，令整機無法進行長時期高工況試車。最突出的問題是 6Hz 的低頻振動，由於發動機採用了整體擺動的方式，最後只能透過提高剛度和增大搖擺力臂解決。2005 年，為 YF100 建造的亞洲最大的液體火箭發動機試車臺建成，同年發動機 200 秒試車成功。2006 年 7 月 3 日，首次 600 秒長程試車獲得了成功，隨後在 2007 年 11 月完成了 300 秒搖擺整機試車。到了 2008 年 5 月，YF100 累計試車時間已經達到 17700 秒，並通過了推力向量控制搖擺考核。同年，發動機完成了飛行狀態試車，然後在 2010 年完成了雙機並聯試車。 2012 年 5 月 28 日，YF100 通過了國防科工委的驗收。隨後在 2014 年 6 月 23 日，發動機通過了首飛鑑定，標誌著 YF100 正式進入了工程應用階段。2015 年 9 月 20 日，使用 YF100GBI 的長征六號首飛成功。研發團隊在研發過程中攻克了 80 餘項核心技術，獲得了近 20 項專利授權。中國航天科技集團六院院長譚永華稱：120 噸級液氧煤油發動機的研製成功，將為我國載人航天工程、月球探測工程以及下一步深空探測工程奠定堅實的基礎。 2017 年 6 月 2 日，採用泵後襬動技術的改進型號 YF100K 試車成功，中國成為第二個掌握該技術的國家。2018 年 7 月，為火箭上面級設計的高空型號 YF100M 首次整機熱試車成功。 2021 年 9 月 20 日，隨著搭載著天舟三號貨運飛船的長征七號遙四運載火箭發射成功，YF100 發動機累計交付發射產品數量突破 100 臺。 設計細節 YF100 是一款採用泵壓式補燃迴圈的單推力室液體火箭發動機，推進劑為液氧煤油。其是中國首個採用自身啟動，補燃迴圈，可調混合比和推力技術的發動機。並且可以單向或雙向搖擺，實現推力向量以控制火箭姿態。發動機採用高壓分級燃燒迴圈，全部氧化劑在使用泵增壓後被注入預燃室，燃料則在增壓後分成兩路，部分燃料被送入預燃室被點燃，所產生的高溫燃氣隨之推動發動機渦輪和泵。隨後，預燃室包含著氧化劑的排氣和未點燃的燃料一起注入燃燒室，和大部分燃料一起再次燃燒（即補燃），從而充分利用燃料。 YF100 與傳統的四氧化二氮和偏二甲肼發動機相比，採用的液氧煤油推進劑具有無毒和經濟上的優勢。液氧及煤油來源廣泛，與特殊推進劑相比價格低廉。發動機的效能也有顯著優勢，與採用燃氣發生器迴圈的發動機相比比衝效能提高了 10 以上。YF100 的擺動設計令火箭可以用發動機進行姿態控制，其推力可以在 65 至 105 區間，混合比可以在 10 區間調節，可以提高運載火箭的效能。該型發動機在研發之處就已按照多次使用設計，已經實現了單臺發動機多次試車，為未來開發可重複使用的長征火箭奠定了基礎。採用泵後襬的改進型號 YF100K 相對於 YF100 採用的整體擺動而言，僅透過擺動噴管實現推力向量，整體結構更加緊湊。同時，改進型增大了推力並簡化了維護效能，縮小的體積也令並聯更多發動機更加容易，從而進一步提升運載火箭運力。 型號 現役型號 YF100F（STVC）：用於長征五號助推器，長征七號助推器和長征八號助推器，該型號推力向量控制為單擺。 YF100G（DTVC）：用於長征七號第一級和長征八號第一級，該型號推力向量控制為雙擺。 YF100GBI：用於長征六號第一級。因長征六號第一級僅採用單臺 YF100，僅使用單個噴口無法控制火箭滾動。該型號分流了一部分預燃器排氣從而驅動一組姿態控制噴嘴，以此控制火箭滾動，代價是損失 030 的海平面推力和 079 的海平面比衝，而發動機混合比則增加了 012。 YF100K：採用泵後襬技術的增推型號，已用於長征十二號的起飛級，將用於長征十號基本型的通用芯級（第一級、助推器）。其具備大範圍連續變推力、長壽命高可靠等關鍵技術。 研發型號 YF100M：YF100K 的高空型號，將用於長征十號的第二級。 YF100N 基於液氧煤油補燃迴圈泵後襬發動機改進的 130 噸級重複使用發動機。用於長征十號二級構型的第一級發動機的可回收型號。 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 YF100 系列發動機各型號比較 名稱 推力 推力 比衝 比衝 燃燒室壓力 混合比 噴管面積比 推力調節範圍 混合比調節範圍 推力向量 噴管直徑 高度 重量 名稱 海平面 真空 海平面 真空 燃燒室壓力 混合比 噴管面積比 推力調節範圍 混合比調節範圍 推力向量 噴管直徑 高度 重量 YF100 119919kN 133948kN 2942ms 3286ms 18MPa 26 35 65％105％ 10 整體擺動 1347mm 2991mm 1920kg YF100GBI 119559kN 291876ms 18MPa 26 35 65％105％ 10 整體擺動 1347mm 2991mm 1920kg YF100K 1250kN 1396kN 2958ms 3304ms 187MPa 26 35 65％105％ 泵後襬動 1373mm 3728mm 1820kg YF100M 1460kN 34549ms 187MPa 26 90 65％105％ 泵後襬動 2160mm 參見 長征五號系列火箭 長征六號運載火箭 長征七號運載火箭 長征八號運載火箭 YF115 在 YF100 基礎上開發的上面級發動機。 參考資料 Category 長征火箭 Category 中國火箭發動機