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液体えきたい火箭かせん发动つくえ

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重定しげさだこう液体えきたい火箭かせん
せいざい进行点火てんか测试てきRS-68火箭かせん发动つくえ

液体えきたい推进剂火箭かせん发动つくえ英語えいごliquid-propellant rocket engine,缩写为LPRE),简称液体えきたい火箭かせん发动つくえ[1]:2あるえき火箭かせん发动つくえゆびさいようえき态的燃料ねんりょう氧化剂さく为能みなもとかずこう质的火箭かせん发动つくえ液体えきたい火箭かせん发动つくえてき基本きほん组成包括ほうかつ推力すいりょくしつ推进剂供应系统发动つくえひかえせいけいひとし液体えきたい推进剂存在そんざい推进剂贮ばこえいPropellant tankうちとう发动つくえ工作こうさく时推进剂ざい推进剂供应系统的作用さよう按照要求ようきゅうてき压力流量りゅうりょう输送いたりもえ烧室,经雾ふけ发、混合こんごうもえ生成せいせい高温こうおんだか压燃气,さいつう喷管加速かそくいたりちょうこえそく排出はいしゅつ,从而产生推力すいりょく

液体えきたい火箭かせん发动つくえ使用しようてき推进剂可以是一种液态化学物,そく单组もと推进剂,也可以是几种えき态化がく物的ぶってき组合,そくそう组元推进剂及三组元推进剂,它们ひとし具有ぐゆう较高てきのうりょう特性とくせい常用じょうようてき单组もと推进剂是主要しゅようよう于小推力すいりょく发动つくえそう组元推进剂主ようゆうえき/えきえき氧/烃类すす汽油酒精しゅせいひとし)、硝酸しょうさん/烃类、よん氧化/へんかぶととう组合。

历史じょうだい一枚液体火箭是由美国火箭学家罗伯とく·ほこ达德于1926ねん发射てきとくこく火箭かせん专家冯·ぬの劳恩てき研究けんきゅう团队ざいだい世界せかいだい间研せいてきV-2火箭かせん极大促进りょう大型おおがた液体えきたい火箭かせん发动つくえてき发展。战后,美国びくに苏联/にわか罗斯とう许多国家こっかけんせいりょう大量たいりょうてき液体えきたい火箭かせん发动つくえ液体えきたい火箭かせん发动つくえさく为最为成熟せいじゅくてき火箭かせん推进けい统之いち具有ぐゆう较高てき性能せいのう许多独特どくとくてき优点,目前もくぜん广泛应用于运载火箭かせんこうてん以及导弹液体えきたい火箭かせん发动つくえ还被用作ようさく部分ぶぶん飞机てき推进动力。

历史[编辑]

早期そうき开创せい成果せいか[编辑]

かん斯坦ひのと·齐奥尔科おっと斯基罗伯とく·ほこ达德赫尔曼·おくはくとくおおやけ认为现代火箭かせんがくちち[2][3][4]们在どう一时期各自独立进行着现代火箭的早期研究工作。

1903ねんにわか罗斯きょう师康斯坦ひのと·齐奥尔科おっと斯基发表りょうだい一部いちぶ提出ていしゅつ利用りよう火箭かせん进行こうてんかつ动的著作ちょさく利用りよう反作用はんさようりょく设施探索たんさく宇宙うちゅうそら间》(にわかИсследование мировых пространств реактивными приборами[5]。齐奥尔科おっと斯基提出ていしゅつ液体えきたい推进剂固体こたい推进剂のう提供ていきょうさら多能たのうりょう,认为えき/えきよう于航てん飞行てきさいけい推进剂,并且给出包含ほうがんもえ烧室、喷管推进剂贮ばことう关键要素ようそてき液体えきたい火箭かせん发动つくえてき概念がいねんせいくさ[6]。此外,还推导出逃逸速度そくど火箭かせんかたほど提出ていしゅつ火箭かせん设想[2]ただし齐奥尔科おっと斯基并未实际建造けんぞう测试にんなん火箭かせん[6]

1926ねん美国びくに教授きょうじゅ罗伯とく·ほこ达德试射くびまい液体えきたい火箭かせん

美国びくにかつひしげかつ大学だいがく教授きょうじゅ罗伯とく·ほこ达德ざい1914ねん就申请了关于液体えきたい燃料ねんりょう火箭かせん装置そうちてき专利[3][7],并且ざい1919ねん发表りょう关于火箭かせん飞行てきすう学理がくり论的著作ちょさくいた达极高空こうくうてき方法ほうほう》(英語えいごA Method of Reaching Extreme Altitudes[8]ざい1921ねんいたり1925ねん间,ほこ达德进行りょう液体えきたい火箭かせん发动つくえ地面じめんせい态试验[9]。1926ねん3がつ16にちほこ达德ざい马萨诸塞しゅうてき奥本おくもと成功せいこう发射りょう史上しじょうくびまい液体えきたい燃料ねんりょう火箭かせん[3][a]。这枚火箭かせんさいようえき氧/汽油さく为推进剂,仅飞ぎょうりょう41えいじゃくこう、185えいじゃく远,历时2.5びょう[9]ほこ达德ざい液体えきたい火箭かせんてき研究けんきゅうじょう取得しゅとく过很开创せい成果せいかただしよし于戈达德在世ざいせい间不すなおふとし发表かずとおるてき液体えきたい火箭かせん发动つくえてき设计细节、试验すうすえとう有用ゆうようしんじいきいん此他てき研究けんきゅう成果せいか并未对美こくてき液体えきたい火箭かせん发展产生ふとし大影おおかげ[9]

1923ねんとくこく科学かがく赫尔曼·おくはくとく发表りょう题为《飞向ぼし际空间的火箭かせん》(とくDie Rakete zu den Planetenräumenてき著作ちょさく,并且ざい1929ねんおさむ订了这本书,はた命名めいめい为《つうこうこうてんみち》(とくWege zur Raumschiffahrt[10]:271。该书よし于其重要じゅうようてき科学かがく价值而得いたくに际上てき认可。20せい纪30年代ねんだいおくはくとく建造けんぞう并试验了てき概念がいねんせいてき液体えきたい火箭かせん发动つくえてきだいいちまい火箭かせん于1931ねん5がつ7にちざいとくこくかしわりん附近ふきん发射[4]

とくこく战时[编辑]

1927ねんとくこくてき一群业余火箭研究者成立了ふとむなし旅行りょこう学会がっかい[10]:283おくはくとく也是其成员之いち

ざい美国びくに国家こっか航空こうくうこうてん博物はくぶつてんてきV-2火箭かせん发动つくえ

20せい纪30年代ねんだいはつとくこく陆军そう备部えいHeereswaffenamt开始筹建かんかたてき火箭かせん研究けんきゅう组织。とくこく陆军军官かわら尔特·おんはくかく组建りょうよしとくこく火箭かせん专家韦恩赫尔·冯·ぬの劳恩领导てき火箭かせん研究けんきゅうしょう[11]。冯·ぬの劳恩てき研究けんきゅう团队おこりはつざいかしわりん南郊なんこうてき库默斯多おっと进行远程火箭かせんてき研究けんきゅうきさきらいまた至德しとく军在佩内明德めいとく新建しんたけてき火箭かせん研究けんきゅう基地きち继续工作こうさく们相继设计和测试りょうA-1、A-2、A-3A-5とう实验火箭かせん以及实用てき大型おおがた火箭かせんA-4[11]。其发动机主要しゅようよしとくこく火箭かせん专家かわら尔特·蒂尔负责けんせい[10]:750。A-4火箭かせん于1942ねん10がつ3にちざい佩内明德めいとく成功せいこう试射,并在1944さらめいV-2火箭かせん[11]だい二次世界大战中著名的弹道导弹。V-2火箭かせんてき发动つくえ使用しようえき氧/酒精しゅせいさく为推进剂,推力すいりょく达56,000磅力さいよう薄膜うすまく冷却れいきゃく再生さいせい冷却れいきゃくてき方法ほうほう对推りょくしつ进行冷却れいきゃくさいようゆかりこう锰酸钠催化过氧分解ぶんかい生成せいせいてき高温こうおん气流らい驱动涡轮泵进ぎょう泵压しきぞう压输送推进剂[12][13]。1945ねん战结たばね,冯·ぬの劳恩てき火箭かせん团队むかいよし投降とうこうそう关技术报つげ图纸以及V-2火箭かせん一起运送到美国[10]:752-753,而苏联也いたりょうV-2火箭かせんてきけん设备[11]。V-2火箭かせん具有ぐゆう极大てき历史义,它对美国びくに苏联てき大型おおがた液体えきたい火箭かせん发动つくえてき发展おこりいた巨大きょだいてき推动作用さよう

20せい纪30年代ねんだいきさきとくこく也对よう火箭かせん动力飞机てき液体えきたい火箭かせん发动つくえ进行研究けんきゅうとくこく工程こうてい赫尔きよしとく·かわら尔特えいHellmuth Walterてき公司こうしけんせいりょう这些液体えきたい火箭かせん发动つくえ[10]:754-762。1939ねん6がつ20日はつか世界せかいじょうだい一架单独使用液体火箭发动机作为推进动力的飞机——He 176飞机えいHeinkel He 176[b]试飞成功せいこうさいようてきかわら尔特设计てきHWK R1发动つくえ[14]Me 163战斗つくえとくこくざい二战中唯一服役的火箭动力战斗つくえさいようてきHWK 109-509发动つくええいWalter HWK 109-509使用しようC-Stoff[c]T-Stoff[d]ぶん别作为燃料ねんりょう氧化剂[10]:757

美国びくに[编辑]

1930ねん一群いちぐんまぼろししょう作家さっか为主てき爱好しゃ成立せいりつりょう美国びくに火箭かせん学会がっかいえいAmerican Rocket Society(缩写为ARS)[15][e]ずいきさき开展火箭かせんてき设计实验工作こうさく

1936ねん美国びくに加州かしゅう理工りこう学院がくいんそら气动力学りきがく西奥にしおく·冯·卡门领导てきうみ航空こうくう实验しつえいGuggenheim Aeronautical Laboratory(缩写为GALCIT)开始液体えきたい火箭かせんしょう研究けんきゅう工作こうさく包括ほうかつ不同ふどう推进剂的性能せいのう研究けんきゅう以及推力すいりょくしつてき设计测试[9]

20せい纪40年代ねんだいおこり美国びくに公司こうし陆续参与さんよりょう液体えきたい火箭かせん发动つくえてきとぎせいはん应发动机公司こうしえいReaction Motors(缩写为RMI)美国びくにだい一家液体火箭发动机公司,由美ゆみこく火箭かせん学会がっかいてきよんなり员于1941ねん成立せいりつてき[15]。其设计的さい有名ゆうめいてき发动つくえ贝尔X-1飞机设计てきRMI 6000C-4火箭かせん发动つくええいReaction Motors 6000C4,拥有よん个推りょくしつ,总推りょく达6000磅力,さいようえき氧/酒精しゅせいさく为推进剂,还被ようみちかくひしげ斯D-558-2天空てんくう火箭かせんえいDouglas D-558-2 Skyrocket北美きたみX-15[9]

喷气飞机公司こうしゆかり冯·卡门とうじん于1942ねん成立せいりつ美国びくにだい二家研制火箭发动机的公司[9]。喷气飞机公司こうしA-20轰炸つくえB-29轰炸つくえB-45轰炸つくえB-47轰炸つくえとう许多军用飞机けんせいりょういち系列けいれつ喷气じょ推起飞えいJATO液体えきたい火箭かせん发动つくえ[9],还为なみ马克导弹IM-99A设计过液体えきたい火箭かせんじょ推器[16]。喷气飞机公司こうし设计てきさい成功せいこうてき大型おおがた液体えきたい火箭かせん发动つくえぶん别用于大力だいりきしん系列けいれつ运载火箭かせんてきだいいち级和だい级的LR-87えいLR-87LR-91火箭かせん发动つくええいLR-91。LR-87发动つくえ为双推力すいりょくしつ,LR-91发动つくえ为单推力すいりょくしつ,它们最初さいしょ使用しようえき氧/すす(RP-1)さく为推进剂,きさきらいあらためようよん氧化/こん肼50えいAerozine 50[9]

冯·ぬの劳恩ざい美国びくにたいそら火箭かせん中心ちゅうしんあずか土星どせい5ごう动态测试火箭かせんえいSaturn V Dynamic Test Vehicleだいいち级所ようてきF-1火箭かせん发动つくえあいかげ

らくかつ达因[f]美国びくに重要じゅうようてき液体えきたい火箭かせん发动つくえせいづくりしょう。其基于德こくV-2火箭かせんてき发动つくえわざ术,为美こくだい一种弹道导弹——红石导弹とぎせいりょうA-6A-7火箭かせん发动つくえ[g]うみ平面へいめん推力すいりょく达78,000磅力[9]。红石导弹てき发动つくえざい1958ねんよう于发美国びくにだいいち人造じんぞう卫星さがせ险者いちごうてきしゅ诺1ごう运载火箭かせんざい1961ねんよう于执ゆき美国びくにくび载人亚轨どうふとしそら飞行にん务的水星すいせい-红石运载火箭かせん[9][17]。其在20せい纪50年代ねんだいぶん别为美国びくにだいいちしま际弹どう导弹——宇宙うちゅうしん导弹以及しゅひさしとく弹道导弹雷神らいじん弹道导弹とう设计りょう液体えきたい火箭かせん发动つくえ[9]らくかつ达因てき历史せい成就じょうじゅ一就是研发了用于发射阿波あわ罗飞せん以实现人类首とうがつてき土星どせい5ごう运载火箭かせんてきF-1J-2火箭かせん发动つくえ。F-1发动つくえ世界せかいじょう推力すいりょく最大さいだいてき单推りょくしつ发动つくえうみ平面へいめん推力すいりょく达1,522,000磅力,さいようえき氧/すすあぶらさく为推进剂,よう于土ぼし5ごうてきだいいち级;J-2发动つくえ世界せかいじょうだい一个大推力氢氧火箭发动机,よう于第[9]らくかつ达因てき历史せい成就じょうじゅ包括ほうかつ为美こくこうてん飞机设计てきこうてん飞机ぬし发动つくえ(缩写为SSME),またそくRS-25火箭かせん发动つくえ[18]。它使用しようえき氧/えき氢作为推进剂,美国びくにだいいち个采ようぶん级燃烧循环てき液体えきたい火箭かせん发动つくえ[9]RS-68火箭かせん发动つくえらくかつ达因于20せい纪90年代ねんだいまつざいこうてん飞机ぬし发动つくえてきもと础上けん发的てい成本なりもとだい推力すいりょく液体えきたい发动つくえつう过采よう中等ちゅうとうもえ烧室压力、简化发动つくえ设计以达いたてい成本なりもとてき目的もくてきようとく尔塔4ごう运载火箭かせんてき公共こうきょうじょ推核こころ[19]

ひろしめぐみ公司こうしざい1957ねん决定进入液体えきたい火箭かせん发动つくえ领域。其最成功せいこうてき液体えきたい火箭かせん发动つくえ就是RL10火箭かせん发动つくえ,于1963ねんくび成功せいこう飞行,世界せかいじょうだい一个使用液氧/えき氢作为推进剂以及第きゅうだいいち个采よう膨胀循环てき火箭かせん发动つくえ[9]。RL10系列けいれつ发动つくえ主要しゅようようはんにん马座火箭かせん土星どせい1ごう运载火箭かせんてきS-IV级以及とく尔塔3ごう4ごう运载火箭かせんてきだい级等上面うわつら[19][20]

现隶ぞく诺斯らく·かく鲁门公司こうしそら间技术部てき推进产品中心ちゅうしん(Propulsion Products Center),はらTRW公司こうしえいTRW Inc.まと门,美国びくに最早もはやけん发以为推进剂てき单组もと液体えきたい火箭かせん发动つくえてきつくえ构。其为こうてんとぎせいりょう许多单组元和げんなそう组元液体えきたい火箭かせん发动つくえ包括ほうかつ卫星姿すがた态控せい发动つくえ液体えきたい远地てん发动つくええいLiquid Apogee Engine以及阿波あわ罗登がつてき下降かこう级推进系统えいDescent Propulsion System[9]

成立せいりつ于2002ねんてきふとむなし探索たんさく科技かぎ公司こうし(SpaceX)为自致力于可回收かいしゅう使用しようてき猎鹰系列けいれつ运载火箭かせんとぎせいりょうだまはやし火箭かせん发动つくえ红隼火箭かせん发动つくえ[21][22];为龙飞せんとぎせいりょうてん龙座火箭かせん发动つくええいDraco (rocket engine)ちょう级天龙座火箭かせん发动つくええいSuperDraco[23]。SpaceXせいざいとぎ发大推力すいりょくてき猛禽もうきん火箭かせん发动つくえ使用しようえき氧/えききのえさく为推进剂,さいようぜん流量りゅうりょうぶん级燃烧循环[24]

苏联にわか罗斯[编辑]

1924ねん世界せかいじょうだい一个民间业余火箭学会——ほし旅行りょこう研究けんきゅう学会がっかいえいSociety for Studies of Interplanetary Travelざい苏联成立せいりつ[6]。它吸引きゅういんりょう包括ほうかつ齐奥尔科おっと斯基ざい内的ないてき众多なり员。

苏联政府せいふ20せい纪20年代ねんだいおこり开始建立こんりゅう液体えきたい火箭かせん研究けんきゅう门。だい一个机构是于1921ねん成立せいりつてき喷射推进实验しつ,并在1928ねんさらめい气体动力がく实验しつにわかГазодинамическая лаборатория(缩写为GDL)[6]。苏联火箭かせん专家かわら连京·かく鲁什ざい1929ねん进入气体动力がく实验しつ,负责液体えきたい火箭かせん发动つくえ研究けんきゅう[25]かく鲁什团队けんせいりょう包括ほうかつ苏联だい一个液体火箭发动机ORM-1ざい内的ないてきいち系列けいれつORM发动つくえ,试验研究けんきゅうりょう许多不同ふどうてき推进剂,提出ていしゅつ并实现了推进剂自もえ点火てんか,还对とくがた喷管进行りょう研究けんきゅう[6]。ORM­-65发动つくえ其研せいてきさい成功せいこうてき发动つくえいちようRP­-318火箭かせん动力滑翔かっしょうつくええいKorolyov RP-318212巡航じゅんこう导弹えい212 (missile)[26][h]

另一个火箭研究部门是成立于1931ねんてき喷气推进研究けんきゅうえいGroup for the Study of Reactive Motion(缩写为GIRD),ゆかり苏联火箭かせん专家谢尔盖·罗廖おっと担任たんにん其领导[6]。喷气推进研究けんきゅう组分为四个研究けんきゅう团队,苏联こうてんがくどるさととくさとまれ·灿德尔负责其中てき液体えきたい火箭かせん发动つくえ研究けんきゅう[27]:268。灿德尔设计并试验りょうOR-1、OR-2とう发动つくえ[6],还参与さんよりょうGIRD-X火箭かせんにわかГИРД-X (ракета)てき设计[27]:269。1933ねん8がつ17にち,喷气推进研究けんきゅう成功せいこう发射りょう苏联だいいちまい混合こんごう燃料ねんりょう火箭かせんGIRD-09にわかГИРД-09,其采ようえき氧/凝固ぎょうこ汽油さく为推进剂,ゆかり苏联火箭かせんがくべい哈伊尔·よしひろしひしげ沃夫ところ设计[10]:546同年どうねん11がつ,苏联だいいちまい真正しんせいてき液体えきたい火箭かせんGIRD-X进行りょう试验飞行,さいようえき氧/酒精しゅせいさく为推进剂[27]:269。1933ねん9がつ,气体动力がく实验しつあずか喷气推进研究けんきゅう组合并为喷气科学かがく研究所けんきゅうじょえいReaction-Engine Scientific Research Institute(缩写为RNII)[27]:271。两个门继续进ぎょう液体えきたい火箭かせんてきとぎせい

联盟ごう运载火箭かせんてきじょ推级さいようよん个RD-107发动つくえだいいち级(しん级)さいようRD-108发动つくえ,其均拥有よん固定こていてき推力すいりょくしつどう时RD-107另有两个ゆう动推りょくしつえいVernier thruster,RD-108则有四个游动推力室

为提だか液体えきたい火箭かせん发动つくえてきとぎ发能りょく,苏联政府せいふ又新またしん成立せいりつりょう一批液体火箭发动机设计きょく。OKB-456,またそく现在てき动力つくえ械科けんせい产联合体がったい苏联ざい二战后为复原德国V-2火箭かせんわざ术而成立せいりつてきいち个设计局,よしかく鲁什领导,负责发动つくえ研究けんきゅう[11]。其基于V-2火箭かせんてき发动つくえわざ术,为苏联版てきV-2火箭かせん——R-1导弹えいR-1 (missile)けん发了RD-100火箭かせん发动つくえ[26]。该设计局为世かいじょうだい一枚洲际弹道导弹R-7设计りょうRD-107RD-108火箭かせん发动つくええいRD-108[6]。RD-107RD-108发动つくえざい1957ねんよう于发しゃ世界せかいじょうだい一颗人造卫星卫星いちごうてき卫星ごう运载火箭かせんざい1961ねんよう于执ぎょう史上しじょうくび载人こうてんにん务的东方ごう运载火箭かせん,此外还被よううえますごう运载火箭かせん闪电ごう联盟ごうとう系列けいれつ运载火箭かせん[6][28]。动力つくえ械科けんせい产联合体がったいざい20せい纪60年代ねんだい设计てきRD-253火箭かせん发动つくえ以四氧化氮/へんかぶと为推进剂,さいようぶん级燃烧循环,推力すいりょく最大さいだいてきさいよう贮存推进剂的单室液体えきたい火箭かせん发动つくえよう质子ごう运载火箭かせんてきだいいち[6][29]。20せい纪70-80年代ねんだい,动力つくえ械科けんせい产联合体がったいけん发了ようてん顶号运载火箭かせんてきRD-120えいRD-120RD-170/RD-171火箭かせん发动つくえ。RD-170/RD-171发动つくえ具有ぐゆう重要じゅうよう历史义,世界せかいじょう推力すいりょく最大さいだいてき液体えきたい火箭かせん发动つくえ真空しんくう推力すいりょく达1,770,000磅力,共有きょうゆうよん个推りょくしつ使用しようえき氧/すすようのうげんごう运载火箭かせんてきじょ推级かずたかし顶号运载火箭かせんてきだいいち[6]。20せい纪90年代ねんだい,动力つくえ械科けんせい产联合体がったいざいRD-170发动つくえてきもと础上けん发了よう于美こく宇宙うちゅうしん3ごう5ごうてきRD-180火箭かせん发动つくえようあんひしげ系列けいれつ运载火箭かせんてきRD-191火箭かせん发动つくえ[26]。此外,动力つくえ械科けんせい产联合体がったい还在20せい纪80年代ねんだいまつ开始けん发三组元双模式的RD-701えいRD-701RD-704火箭かせん发动つくええいRD-704そく发动つくえさき以液氧/すす/えき氢为推进剂产せい较大推力すいりょくざい低空ていくう飞行,ざい高空こうくう时则使用しようえき氧/えき氢作为推进剂[6]

化工かこう动化设计きょくえいChemical Automatics Design Bureauざい20せい纪50年代ねんだい开始从事液体えきたい火箭かせん发动つくえ研究けんきゅう主要しゅようけんせいよう火箭かせん上面うわつら级的发动つくえ。该设计局けん发了よう于东かたごう运载火箭かせんだい级的RD-0109火箭かせん发动つくええいRD-0109よう于闪电号联盟ごう系列けいれつ运载火箭かせんだい级的RD-0110火箭かせん发动つくええいRD-0110よう于质ごう运载火箭かせんだい级的RD-0210えいRD-0210RD-0211火箭かせん发动つくええいRD-0211以及よう于质ごうだいさん级的RD-0212火箭かせん发动つくえ[6]。其也为苏联的对空导弹设计过RD-0200火箭かせん发动つくえ[30]化工かこう动化设计局在きょくざい20せい纪70-80年代ねんだいけん发的RD-0120火箭かせん发动つくえ苏联主要しゅようてき氢氧火箭かせん发动つくえさいようとみ氧分级燃烧循环,よう于能げんごう运载火箭かせんてきしん[6]。另外,其还为R-29RM “轻舟”せんしゃ弹道导弹えいR-29RM Shtilてきだいいち级设计了RD-0243火箭かせん发动つくええいRD-0243[6]。20せい纪90年代ねんだい化工かこう动化设计局在きょくざいRD-0120发动つくえてきもと础上けん发了三组元双模式的RD-0750火箭かせん发动つくえ[30],还试验了さいよう膨胀循环膨胀-へん转喷かんえいExpansion deflection nozzleてき氢氧火箭かせん发动つくえRD-0126[6]

化工かこうつくえ械设计局えいA.M. Isayev Chemical Engineering Design Bureau20せい纪60年代ねんだいまつおこりけんせいりょう一系列用于航天器飞行控制的小推力脉冲火箭发动机。其也けんせいりょう许多よう于航てんつくえ动的液体えきたい火箭かせん发动つくえ,如轨どうつくえ动发动机、せい动发动机、陆器うえます级和下降かこう级发动机。化工かこうつくえ械设计局还研发了ようせんしゃ弹道导弹てき液体えきたい火箭かせん发动つくえ,并且ざい20せい纪50年代ねんだい战术弹道导弹设计过液体えきたい火箭かせん发动つくえ[6]

此外,库兹涅佐おっと设计きょくざい20せい纪60-70年代ねんだい为用于苏联登がつ计划てきN1运载火箭かせん设计りょうNK-33NK-43火箭かせん发动つくえ,以液氧/すす为推进剂,さいようぶん级燃烧循环[6]

其他國家こっか[编辑]

包括ほうかつ中国ちゅうごくおうしゅう多国たこく(如ほうこくとくこく英国えいこく大利おおとし挪威ひとし)、日本にっぽん印度いんどとう国家こっか也都成立せいりつりょう各自かくじてき液体えきたい火箭かせん发动つくえ研究けんきゅうつくえ构和公司こうしとぎせい发射りょう许多液体えきたい火箭かせん发动つくえ中国ちゅうごく于20せい纪60年代ねんだい开始けんせいだい推力すいりょく液体えきたい火箭かせん发动つくえ,设计りょうYF系列けいれつ火箭かせん发动つくえよう于发しゃ长征系列けいれつ运载火箭かせんほうこくてき斯奈かつ公司こうしざい20せい纪80年代ねんだいまつ开始为おもね丽亚娜5がた运载火箭かせんけんしん发动つくえ成功せいこう发射。日本にっぽんざい20せい纪60-70年代ねんだい从美こく引进火箭かせんわざ术,并从80年代ねんだいおこりさききさき自主じしゅけん发了LE-5火箭かせん发动つくえLE-7火箭かせん发动つくえ并发しゃりょうH-IH-II运载火箭かせん印度いんどざい低温ていおん火箭かせん发动つくえ取得しゅとく突破とっぱ成功せいこうけんせいりょうだい推力すいりょく氢氧发动つくえ——CE-20火箭かせん发动つくえ[10]

ぶん[编辑]

液体えきたい火箭かせん发动つくえゆう种分类方ほう。按发动机用途ようとしょう其分为用于发しゃ有效ゆうこう载荷てきしゅ推进よう轨道修正しゅうせい姿すがた态控せいえいAttitude controlてき辅助推进;按推りょく大小だいしょう可分かぶん为大推力すいりょく中等ちゅうとう推力すいりょくしょう推力すいりょく发动つくえ;按推进剂组元数量すうりょう可分かぶん为单组元、そう组元三组元液体火箭发动机;按推进剂きょう应系统类がた可分かぶん为挤压式泵压しき液体えきたい火箭かせん发动つくえ;按工况特てん可分かぶん为连续工作こうさくしき脉冲工作こうさくしき发动つくえあるもの一次启动和多次启动发动机,あるもの固定こてい推力すいりょくしょう范围推力すいりょく调节、中等ちゅうとう范围推力すいりょく调节和大かずひろ范围推力すいりょく调节发动つくえ[31]:5-8[32]:198

工作こうさく原理げんり[编辑]

火箭かせん发动つくえ推力すいりょく产生原理げんりしめせ图。推力すいりょく作用さようざいもえ烧室喷管じょうてきりょくてき合力ごうりょくもえ烧产ぶつ高速こうそく喷射出所しゅっしょ引起てき反作用はんさようりょく

液体えきたい推进剂在压力てき作用さよう从贮ばこ经推进剂输送かんどう进入もえ烧室;推进剂在もえ烧室发生雾化、ふけ发、混合こんごうもえ烧,生成せいせい高温こうおんだか压燃气,はた推进剂的化学かがくのう转化为燃烧产物的ぶってき热能もえ流入りゅうにゅうさきおさむ缩再扩张てき喷管,膨胀并加そくいたりちょうこえそくはた热能转化为动能もえ气从喷管喷出,产生作用さようざい发动机上きじょうてき推力すいりょくはたもえ烧产物的ぶってき动能转变为火箭かせん飞行てき动能[1]:14火箭かせん发动つくえてき推力すいりょく产生以由うし顿第さん运动定律ていりつらい描述,它主ようだか压燃烧产ぶつ高速こうそく喷射出所しゅっしょ引起てき反作用はんさようりょく火箭かせん发动つくえてき推力すいりょくとう于喷气反作用はんさようりょくあずかだい气压强的ごうてき合力ごうりょく代数だいすう近似きんじ表示ひょうじ为:[1]:31

其中,喷管てき质量流量りゅうりょう喷管はい速度そくど喷管出口でぐちよこ截面积, 喷管出口でぐち气体压强, 外界がいかいだい气压きょう

基本きほん组成[编辑]

液体えきたい火箭かせん发动つくえ主要しゅようよし推力すいりょくしつ、推进剂供应系统和发动つくえひかえせいけい统等组成。

推力すいりょくしつ[编辑]

推力すいりょくしつはた推进剂的化学かがくのう转化为喷气动のうてき组件。它主ようよし喷注もえ烧室喷管组成,さいようもえ推进剂的推力すいりょくしつ还有点火てんか装置そうち[1]:180液体えきたい推进剂由喷注喷入もえ烧室,经雾ふけ发、混合こんごうもえ生成せいせい高温こうおんだか压气态产ぶつさいつう过喷かん膨胀加速かそく

喷注[编辑]

喷注はた液体えきたい推进剂组もと以一定的流量引入燃烧室,使つかい其雾并按一定いってい比例ひれい相互そうご混合こんごう。喷嘴构成喷注てきさい基本きほんもとけん。喷嘴组成喷注单元,按照一定顺序排列在喷注面上。喷嘴及喷ちゅう单元てき主要しゅよう结构形式けいしきゆう

直流ちょくりゅうしき
直流ちょくりゅうしき喷嘴结构简单,它是直接ちょくせつざい喷注めんばんじょうあるものざい镶嵌于喷ちゅううつわてきれいけんじょう开的圆柱がた直流ちょくりゅうあな[1]:195直流ちょくりゅうしき喷嘴组成てき喷注单元主要しゅようゆう互击しき击式、莲蓬头式以及溅板しき二股ふたまた互击しき喷注单元よし一个燃料射流和一个氧化剂射流互击组成,雾化混合こんごう效果こうか较好;三股みつまた互击しき喷注单元よしいち种推进剂组元てき轴向中心ちゅうしんしゃりゅう另一种推进剂组元的二股对称撞击的外侧射流互击组成,形成けいせい对称てき雾化しき具有ぐゆう良好りょうこうてき混合こんごう效果こうか二股ふたまた击式喷注单元よし一对燃料射流和一对氧化剂射流分别自击组成,混合こんごう效果こうか如二股互击式但能较好兼顾性能高和稳定性好两方面的要求,广泛よう于大推力すいりょく发动つくえ;莲蓬头式喷注单元はたりゅう垂直すいちょく于喷ちゅうめん射出しゃしゅつ,互不撞击,もたれ湍流扩散らい混合こんごう多用たよう于室かべてき燃料ねんりょう边界层冷却れいきゃく;溅板しき喷注单元さいようはた燃料ねんりょう氧化剂射りゅうあずか溅板撞击てき方式ほうしきらい雾化混合こんごう推进剂,ただし其结构较复杂、工作こうさく稳定せい、对喷ちゅうめん烧蚀严重,いん此较しょうさいよう[1]:217-218[33]:77-85
离心しき
离心しき喷嘴结构较复杂,通常つうじょうよし带切こうあなある涡流てき涡流しつ喷口组成。液体えきたい从涡りゅうしつ壳体じょうてききりこう进口あなある从涡りゅうじょうてきはしあな进入涡流しつ,沿壁めん旋转きさきよし喷口喷出。离心しき喷嘴可分かぶん为单组元(带切こうあなある涡流)喷嘴そう组元(うち混合こんごうがい混合こんごう)喷嘴。[1]:196对于单组もと离心しき喷嘴,燃料ねんりょう喷嘴氧化剂喷くちばし需按照一定方式进行组合排列;对于そう组元离心しき喷嘴,一个喷嘴就是一个独立的喷注单元。
どう轴式
どう轴式喷嘴主要しゅようよう于氢氧发动机。えき氧以较低てき速度そくど中心ちゅうしん喷嘴喷出,从冷却れいきゃく夹套吸热并气きさきてき氢从环绕中心ちゅうしん喷嘴てき环形どおりどう以较だかてき速度そくど喷出,利用りよう速度そくど产生てき剪切りょく使つかいえき氧雾[32]:274中心ちゅうしん喷嘴以为直流ちょくりゅうしき,这种结构形式けいしき广泛よう于美こくてき氢氧发动つくえ;也可以为离心しきにわか罗斯てき氢氧发动つくえしょさいよう[33]:80。对于どう轴式喷嘴,一个喷嘴就是一个喷注单元。
单组もと离心しき喷嘴排列はいれつ方案ほうあんしめせ
(○—燃料ねんりょう喷嘴;●—氧化剂喷くちばし
蜂窝式
はち窝式:まい燃料ねんりょう喷嘴しゅう围有6个氧剂喷くちばし,氧化剂喷くちばしすうあずか燃料ねんりょう喷嘴すう为2
棋盘式
棋盘しきまい燃料ねんりょう喷嘴しゅう围有8个氧剂喷くちばし,氧化剂喷くちばしすうあずか燃料ねんりょう喷嘴すう为3
同心圆式
同心どうしん圆式:燃料ねんりょう喷嘴あずか氧化剂喷くちばし沿同こころ交替こうたい排列はいれつ

喷注喷嘴てき排列はいれつ对燃烧性能せいのうもえ烧稳定性ていせいもえ烧室もたれせい具有ぐゆう重要じゅうようかげ[33]:75。对于单组もと离心しき喷嘴,其基本きほん排列はいれつ方式ほうしきゆうはち窝式、棋盘しき同心どうしん圆式。はち窝式てきまい燃料ねんりょう喷嘴しゅう围有6个氧剂喷くちばし,实际てき氧化剂喷くちばしすうあずか燃料ねんりょう喷嘴すう为2;棋盘しきてきまい燃料ねんりょう喷嘴しゅう围有8个氧剂喷くちばし[i],实际てき氧化剂喷くちばしすうあずか燃料ねんりょう喷嘴すう为3;同心どうしん圆式则是所有しょゆう喷嘴于一系列けいれつ同心どうしんうえ燃料ねんりょう喷嘴あずか氧化剂喷くちばし沿同こころ交替こうたい排列はいれつそう组元离心しき喷嘴直流ちょくりゅうしき喷注单元通常つうじょう也采よう这种排列はいれつ方式ほうしき[33]:91-92

こう虑到もえ烧室かべてきもたれ冷却れいきゃく问题,利用りようもたれきんしつかべてき边区喷嘴建立こんりゅう燃料ねんりょう边界层冷却れいきゃくざい进行边区喷嘴排列はいれつ时,しょうきんかべ层的混合こんごう单元做成かんせいてき取消とりけし氧化剂喷くちばしあるものざいしゅう边用一圈燃料喷嘴构成保护边界层,一般いっぱんさいようしょう流量りゅうりょうてき离心しき喷嘴あるさいよう直流ちょくりゅうしき喷嘴てきない冷却れいきゃく环。[33]:93改善かいぜんもえ烧稳定性ていせいざい喷嘴排列はいれつ时常さいようえきしょうぶんてき办法,そくはた喷注ぶんなり若干じゃっかん区域くいきさいよう不同ふどう类型てき喷嘴、不同ふどうてき质量流量りゅうりょう密度みつど不同ふどうてき撞击角度かくど不同ふどうてき组元混合こんごう造成ぞうせいかく区域くいき一样的燃烧。ぶんめんじょう通常つうじょうさいよう雾化较粗、喷射距离较远、流量りゅうりょう较大てき喷嘴,ふん喷嘴喷射出しゃしゅつてき液体えきたい形成けいせい连续てきえきまくはた各区かっくへだた开。[33]:98

もえ烧室[编辑]

もえ烧室推进剂雾ふけ发、混合こんごうもえ烧的よう腔,うけたまわ高温こうおんもえ气压りょく。其头そうゆう喷注末端まったんあずか喷管连为一体いったいもえ烧室主要しゅようてき结构形式けいしきゆう球形きゅうけい、圆筒がた环形,其中圆筒がた应用さい为广泛[33]:245

喷管[编辑]

喷管使高温こうおんもえ气膨胀和加速かそく,产生だか速射そくしゃりゅう。其通常つうじょうひしげ尔喷かんゆかりおさむ敛段、のど扩张だんさん部分ぶぶん组成。按照喷管がためんてき不同ふどう,喷管可分かぶん为锥がた喷管、钟形喷管、ふさがしき喷管膨胀偏流へんりゅう喷管とう[33]:272

推力すいりょくしつ冷却れいきゃくぼう[编辑]

液体えきたい火箭かせん发动つくえざい工作こうさく过程ちゅうゆかり高温こうおんもえ气的作用さようかい造成ぞうせい推力すいりょくしつ内壁ないへき温度おんど迅速じんそくますだか,为防止ぼうし内壁ないへき温度おんど过高导致壳体强度きょうど剧烈下降かこう需要じゅよう对推りょくしつさいよう冷却れいきゃくぼう热措ほどこせ推力すいりょくしつ冷却れいきゃくぼう热方ほう主要しゅようゆう

再生さいせい冷却れいきゃく
ざい较大推力すいりょく液体えきたい火箭かせん发动机上きじょうしょさいようてきさい基本きほんてき冷却れいきゃく方法ほうほう利用りよう推进剂的いち种组もと通常つうじょう燃料ねんりょうある两种组元さく为冷却剂,ざい其进いれもえ烧室ぜん以一定流速流经推力室内外壁之间的夹层或通道,はた内壁ないへきてき热量带走,以达到冷却れいきゃく目的もくてき冷却れいきゃく吸收きゅうしゅうてき热量并未损失,它随冷却れいきゃく剂喷いれもえ烧室而又回收かいしゅういたもえ烧室ないしょう再生さいせい冷却れいきゃく[32]:286-288
はい冷却れいきゃく
从主燃料ねんりょう输送かんちゅう引出一小部分燃料作为冷却剂流经冷却通道,传热つくえあずか再生さいせい冷却れいきゃく类似,ただし冷却れいきゃく剂不りゅうかいしゅうえき腔,而是どおり冷却れいきゃくどおりどう出口でぐちてきしょう喷管排出はいしゅつ并产せい一定いってい推力すいりょく。一般应用于氢氧发动机的喷管扩张段。[33]:325-326
薄膜うすまく冷却れいきゃく
最早もはやてき推力すいりょくしつ冷却れいきゃく方法ほうほうゆかりほこ达德ざい20せい纪20年代ねんだいさいさき使用しよう[10]:75冷却れいきゃく剂(如一定量的推进剂)沿推りょくしつ内壁ないへき以低そく喷入推力すいりょくしつざい内壁ないへきめんじょう形成けいせい一层薄层液膜或在内壁附近形成一层低温的蒸气膜,以降いこうてい高温こうおんもえ气向壁面へきめん传递てき热流。常用じょうようさく辅助冷却れいきゃく方法ほうほう应用于整个燃烧室ある仅用于喷かんのど[32]:290-291
发汗冷却れいきゃく
薄膜うすまく冷却れいきゃくてき特殊とくしゅ形式けいしき推力すいりょくしつてき内壁ないへきよし多孔たこう材料ざいりょうせいなりあなみち为数じゅうほろべい多孔たこう材料ざいりょうどおり常用じょうよう金属きんぞく粉末ふんまつ烧结而成,ある用金ようきんぞく网压せい而成。冷却れいきゃく剂通过多あな材料ざいりょう渗入いた推力すいりょく室内しつない表面ひょうめんじょう吸收きゅうしゅう热量ふけ发并形成けいせい低温ていおんふけ气膜。使用しよう燃料ねんりょうてきJ-2发动つくえかずわたるてん飞机ぬし发动つくえさいようりょう这种方法ほうほうらい冷却れいきゃく喷注めん[32]:291[33]:333
辐射冷却れいきゃく
推力すいりょくしつただゆう单层しつかべゆかりたい高温こうおん材料ざいりょうせいなりもえ气向しつかべ传热,使つかいとくしつかべ温度おんどますだかどう时室かべこう外界がいかい环境ちゅう辐射てき热量也增加ぞうかさい终室かべ达到平衡へいこうかべゆたか达到稳定值,此时しつかべ通常つうじょう发红ある发白。常用じょうよう热通りょう密度みつど较小てきけん,如大膨胀てき喷管てき扩张だん、单组もと推力すいりょくしつとう[32]:286
烧蚀冷却れいきゃく
推力すいりょくしつてきしつかべゆうさいよう烧蚀材料ざいりょうせいなりてきない衬。烧蚀材料ざいりょう通常つうじょうよしいち系列けいれつうめいれゆうつくえ材料ざいりょう(如塑料环氧树脂酚醛树脂基体きたいてきだか强度きょうどていむかい纤维(如玻璃はり凯芙ひしげ碳纤维)组成。ざい发动つくえ工作こうさく过程ちゅう基体きたい材料ざいりょう吸收きゅうしゅう热量,并且分解ぶんかい生成せいせい气体,气体从基体きたい渗出きさきざい内壁ないへきめんじょう形成けいせい护边かい层。常用じょうよう于燃烧室压力较低、工作こうさく时间较短てき推力すいりょくしつ以及喷管扩张だん[32]:288-289
へだた热防护
ざい推力すいりょくしつかべない表面ひょうめんじきじょういち层高热阻材料ざいりょうさく为绝热层。以在しつかべない表面ひょうめん涂上一层耐高温涂层,如氧化铝ある氧化锆涂层,要求ようきゅう涂层材料ざいりょう导热けいすうていおもて面容めんよう温度おんどだか附着ふちゃくせいこう以及具有ぐゆうこう动载こうつくえ械冲击、こう热冲击的性能せいのう。也可以采よう难熔材料ざいりょうとう石墨せきぼくせいなり衬套覆盖在しつかべない表面ひょうめんじょう多用たよう于非冷却れいきゃく发动つくえとく别是喷管のど附近ふきんただし这些材料ざいりょう对热冲击敏感びんかん容易ようい引起きれ纹和剥落はくらく[33]:335-336

推进剂供应系统[编辑]

推进剂供应系统是ざい液体えきたい火箭かせん发动つくえ工作こうさく时将贮箱ちゅうてき推进剂按あきら要求ようきゅうてき压力流量りゅうりょう输送いた推力すいりょくしつちゅうてきけい统,一般可分为挤压式供应系统和泵压式供应系统。

挤压しききょう应系统[编辑]

挤压しききょう应系统是利用りようだか压气たいはた推进剂组もと从贮ばこ挤压到推力すいりょくしつちゅうこう压气たい挤压推进剂的方式ほうしきゆう气体直接ちょくせつ挤压、やわらせい囊袋挤压活塞かっそく挤压[32]:204。挤压气体てきらいみなもとゆう以下いか几种方案ほうあん

贮气けい
气源こう压气びんざい发动つくえ工作こうさくまえどおり过充气阀はた压缩气体たかしにゅう气瓶ちゅう。挤压气体通常つうじょう选用氮气氦气ひとし惰性だせい气体だい多数たすう挤压しききょう应系统利用りよう减压はた从气びん流出りゅうしゅつてき气体ひかえせいざいつねじょうてき压力らい挤压贮箱ちゅうてき推进剂,そく为恒压式贮气けい统。わか发动つくえ工作こうさく时允许推りょく逐步下降かこう,则可取消とりけし气瓶减压,适当调整贮箱ちゅうはつはじめ气垫てきよう积,もたれはつはじめ气垫てき自身じしん膨胀らい挤压推进剂,そく为落压式贮气けい统。[1]:308[31]:24
液体えきたい汽化けい
はた容易ようい汽化てき推进剂组もとどおり换热热、汽化きさき挤压贮箱ちゅうてき推进剂。推进剂汽けい统主要用ようよう于泵压式きょう应系统的贮箱ぞう压,对于挤压しききょう应系统,发动つくえ还需よう单独てき贮气けい统来挤压液体えきたいざい换热ちゅう汽化,ただし这使とくぞう压系统更复杂[31]:25-26
化学かがくはん应系统
利用りよう化学かがくはん生成せいせい挤压气体。化学かがくはん生成せいせい挤压气体てき方案ほうあんゆうさん种:固体こたい推进剂もえ气发せいえいGas generator液体えきたい推进剂燃气发せい以及ざい贮箱ちゅう直接ちょくせつ化学かがくはん应产せい挤压气体。固体こたい推进剂燃气发せいけい统由もえ气发せい、过滤もえ气调节器とう组成;液体えきたい推进剂燃气发せいけい统由辅助气瓶、辅助贮箱もえ气发せい以及其他けん组成さいようもえ气发せいけい统还需要じゅよう对热もえ气冷却降ゆたかざい贮箱ちゅう直接ちょくせつ化学かがくはん应的けい统是はた少量しょうりょう燃料ねんりょうある氧化剂)喷注いた氧化剂贮ばこある燃料ねんりょう贮箱)ちゅう,发生もえはん应产せい挤压气体。[31]:26-28

挤压しききょう应系统结构简单,ただし发动つくえもえ烧室压力较低,多用たよう反作用はんさようひかえせいけいひとししょう推力すいりょく发动つくえ[31]:24

泵压しききょう应系统[编辑]

V-2火箭かせんてき发动つくえ涡轮泵。涡轮转子于中间,两侧ぶん别为えき氧泵酒精しゅせい

泵压しききょう应系统是利用りよう高速こうそく旋转てきはた推进剂组もとぞう压后输送いたり推力すいりょくしつ。泵压しききょう应系统主ようよし推进剂泵、涡轮、涡轮动力げん、调节、阀门かんとう组成[31]:28。泵由涡轮驱动,しゃ组成涡轮泵えいTurbopump。泵与涡轮间的传动ぬのきょくゆうはた燃料ねんりょう泵、氧化剂泵涡轮安置あんちざいどう一根传动轴上直接传动,涡轮居中きょちゅうあるものへんおけそく为单转子方案ほうあん;也可以在它们てき轴之间设おけ齿轮变速ばこ进行传动,そく为多转子方案ほうあん[31]:229液体えきたい火箭かせん发动つくえさい常用じょうようてき泵为离心泵[32]:371さいようてき涡轮ゆう冲击しき涡轮はんちからしき涡轮[32]:380

泵压しき液体えきたい火箭かせん发动つくえてき动力循环描述りょう推进剂在发动つくえ主要しゅよう组件ちゅうてき具体ぐたいりゅう动路みち、驱动涡轮てきこう质供应方ほう及涡轮工质的はい气处方式ほうしき[32]:222。按照涡轮こう质的はい方式ほうしきしょう动力循环ぶん为开しき循环闭式循环。开式循环はた经涡轮工作こうさくきさきてきこう直接ちょくせつ从涡轮排气喷かん排出はいしゅつあるものはいいた推力すいりょくしつ喷管扩张だんない利用りようこう质剩余能よのうりょう;闭式循环经涡轮工作こうさくきさきてきこう质最きさき注入ちゅうにゅうもえ烧室もえ烧以最大さいだい程度ていど利用りよう其能りょう[32]:222。泵压しききょう应系统又按涡轮工质的らいみなもとぶん类,さいつね见的ゆうもえ气发せい循环、膨胀循环ぶん级燃烧循环等[j]

もえ气发せい循环[编辑]
もえ气发せい循环しめせ

もえ气发せい循环ぞく于开しき循环,涡轮こう质来もえ气发せい。其使用しようてき推进剂可よし单独てき贮箱きょう应,また从推进剂组元きょう应系统中抽取。もえ气发せいてき混合こんごう通常つうじょうとみもえあるとみ氧的,这样もえ温度おんどかい过高导致涡轮かのうへん不能ふのううけたまわ受。もえ气驱动涡轮后どおり过涡轮排气喷かん排出はいしゅつ发动つくえ使つかい发动つくえ产生りょう一个额外的小推力,推力すいりょくしつ本身ほんみてき推力すいりょくりゃくてい于发动机てき总推りょくよし于涡轮排气的のうりょう充分じゅうぶん利用りよういん此推りょくしつ本身ほんみてきりゃくだか于发动机てき冲,さいようもえ气发せい循环てき发动つくえてき冲一般也低于闭式循环发动机的比冲。もえ气发せい循环结构しょう对比较简单,わざ成熟せいじゅくV-2火箭かせんてき发动つくえ以及F-1、J-2、RS-68とう许多液体えきたい火箭かせん发动つくえしょさいよう[31]:29[32]:222-224

膨胀循环[编辑]
膨胀循环しめせ

膨胀循环ぞく于闭しき循环,これはた用作ようさく推力すいりょくしつ冷却れいきゃく剂的液体えきたい燃料ねんりょうりゅう经推りょくしつ冷却れいきゃく夹套吸热汽化きさきさく为驱动涡轮的こう质,从涡轮排出はいしゅつきさきさい注入ちゅうにゅうもえ烧室,あずか氧化剂混合こんごう并燃烧。よし于推りょくしつ冷却れいきゃく夹套てき热量有限ゆうげんいん此涡轮工质的做功能力のうりょく有限ゆうげん,从而げんせいりょうもえ烧室压力てきひさげだか。膨胀循环てき主要しゅよう优点发动つくえ冲较だか、结构简单、质量较小。膨胀循环适用于氢氧发动机,如RL10火箭かせん发动つくえ[31]:30[32]:224

膨胀はい循环它的一个开放循环改型,のう够达到さらだかてき推力すいりょく

ぶん级燃烧循环[编辑]
ぶん级燃烧循环示

ぶん级燃烧循环也しょう补燃循环,ぞく于闭しき循环,しょういち种推进剂组元てき全部ぜんぶ流量りゅうりょう另一种推进剂组元的部分或全部流量输送至预燃室内燃烧,以产せいてき低温ていおんもえ气来驱动涡轮,从涡轮排出はいしゅつてきもえ气再注入ちゅうにゅうもえ烧室ちゅう进行补充もえ烧。はた两种推进剂组もとてき全部ぜんぶ流量りゅうりょう输送いた预燃室内しつない进行もえ烧的循环しょう为全流量りゅうりょうぶん级燃烧循环。通常つうじょうえき氧/えき氢推进剂选用とみもえ预燃しつえき氧/すす推进剂选ようとみ氧预もえしつ,而全流量りゅうりょうぶん级燃烧循环则一定为富氧和富燃双预燃室。ぶん级燃烧循环的涡轮こう质流りょう较大,做功能力のうりょくきょういん而容许采よう很高てきもえ烧室压力。这种循环てき发动つくえてき冲更だかただし发动つくえ结构较复杂、质量さらじゅうぶん级燃烧循环在だい推力すいりょく液体えきたい火箭かせん发动つくえちゅういた广泛应用,如使用しようとみもえ预燃しつてきこうてん飞机ぬし发动つくえ、RD-0120火箭かせん发动つくえ以及使用しようとみ氧预もえしつてきRD-120、RD-170火箭かせん发动つくえ[31]:30-31[32]:222-227

抽气循环[编辑]
抽气循环しめせ

抽气循环为开しき循环。从火箭かせん发动つくえぬしもえ烧室抽取一部分热燃气引入涡轮驱动燃料/氧化剂泵,さいきさきとぼし直接ちょくせつ排出はいしゅつ[34]

NASAてきJ-2S火箭かせん发动つくえざい1969ねん成功せいこう测试りょう抽气循环发动つくえ[35]2013ねん, 蓝色起源きげん(Blue Origin)公司こうしてき使用しようりょう抽气循环BE-3えいBE-3火箭かせん发动つくえてきしん谢泼とく火箭かせん飞行测试成功せいこう

抽气循环发动つくえてきおこり动相とう复杂。而且循环涡轮必须たい受更だか温度おんど[36]

ひかえせい系統けいとう[编辑]

液体えきたい火箭かせん发动つくえてき启动、みさおひかえ关机とうかく工作こうさく阶段てきひかえせいよし发动つくえひかえせいけい统来完成かんせい液体えきたい火箭かせん发动つくえてき基本きほんひかえせいけい包括ほうかつ发动つくえ启动关机ひかえせいけい统、发动つくえぬし级控せいけい统、贮箱ぞう压控せいけい统、发动つくえ推力すいりょく大小だいしょうひかえせいけい统和推力すいりょくりょうひかえせいけい统等[31]:55ざい现代液体えきたい火箭かせん发动つくえちゅう,计算もとけんほろ处理及计さんつくえひかえせいあずかかく阀门かず调节、测量发动つくえけい统各さんすうてき传感かず测量仪表以及电路けい统等共同きょうどう构成发动つくえひかえせいけい[31]:318あんそうざい输送かん道上どうじょうてきかく种阀门和调节どおり接受せつじゅ从控せい发出てき指令しれい信号しんごうざい电、えき压或气动とうのうげんてき驱动,对发动机てき工作こうさく过程以及推力すいりょく、推进剂混合こんごうとう工作こうさくさんすう实现ひかえせい调节。液体えきたい火箭かせん发动机上きじょう使用しようてき阀门ゆう两类:一类是用来控制发动机工作过程的阀门,如启动阀、ちゅう阀、泄出阀、たかし气阀、だんりゅう阀、へだた离阀、单向阀和おろし压阀とう;另一类为诸如减压器、压力调节、气蚀ぶんかんかず节流けんとう这些ようらい调节发动つくえ主要しゅよう性能せいのうさんすうてき阀门,そく调节ある调节阀[31]:318

液体えきたい推进剂[编辑]

液体えきたい火箭かせん推进剂,简称液体えきたい推进剂,液体えきたい火箭かせん发动つくえ提供ていきょうのうみなもとかずこう质的えき化学かがくぶつ质,かげ响发动机及火箭かせん性能せいのうてきじゅう要因よういんもといち。它可以是单质化合かごうぶつ,也可以是混合こんごうぶつ液体えきたい推进剂通过在もえ烧室进行氧化はんある分解ぶんかいはんはた化学かがくのう转化为热のう生成せいせい高温こうおんだか压气たい产物,さいつう过喷かん膨胀加速かそくはた热能转化为动のう

基本きほん要求ようきゅう[编辑]

液体えきたい推进剂的基本きほん要求ようきゅう主要しゅようゆう[32]:242-251[37]:147

实际じょう并没ゆうかく方面ほうめんせい质都很好てき推进剂,选择液体えきたい推进剂时需要じゅよう综合权衡以上いじょう这些いんもと

ぶん[编辑]

液体えきたい推进剂的ぶん类方しきゆう:按推进剂组元すう可分かぶん为单组元推进剂、そう组元推进剂和三组元推进剂;按推进剂贮存性能せいのう可分かぶん为可贮存推进剂(如煤硝酸しょうさんひとし低温ていおん推进剂えいCryogenic fuel(如液氢、えき氧);按氧剂与燃料ねんりょう直接ちょくせつ接触せっしょく时的化学かがくはん应能りょくふん为自もえ推进剂和もえ推进剂。[31]:9

常用じょうようてき液体えきたい推进剂[编辑]

だい多数たすう液体えきたい火箭かせん发动つくえ使用しようてきそう组元推进剂。常用じょうようてきそう组元液体えきたい推进剂有さん类:①えき/えき推进剂组あい,无毒推进剂组あいちゅう冲最だかてき主要しゅようよう于运载火箭かせん上面うわつら级和ぼう些助推级;②えき氧/烃类(如すす汽油酒精しゅせいひとし)推进剂组あい平均へいきん密度みつど较高,使つかい火箭かせん结构做得较紧凑,常用じょうよう于运载火箭かせんじょ推级ぼう些第级;③贮存推进剂组あい包括ほうかつ硝酸しょうさん/烃类、よん氧化/へんかぶとよん氧化氮/こん肼50えいAerozine 50以及よん氧化氮/いちきのえはじめえいMonomethylhydrazineとう组合,长期贮存,ぼつゆう低温ていおん推进剂的发射じゅん备时间长处理复杂とう问题,よう于弹どう导弹だいいち级大がた发动つくえ以及几乎所有しょゆう使用しようそう组元推进剂的反作用はんさようひかえせいしょう推力すいりょく火箭かせん发动つくえ[32]:241-242

单组もと推进剂必须具有ぐゆう化学かがく稳定せい热稳定性ていせい,并且还必须容易ようい分解ぶんかいはん应。さい常用じょうようてき单组もと推进剂是广泛よう于卫星和せいわ其他こうてんてき姿すがた态和轨道ひかえせいしょう推力すいりょく火箭かせん发动つくえ。肼的分解ぶんかい产物包括ほうかつ氨气氮气氢气催化剂さいようひとし[32]:259-260

液体えきたい推进剂的もえ[编辑]

もえ烧过ほど[编辑]

液体えきたい推进剂从喷入もえ烧室いた完全かんぜん变成もえ烧产ぶつ需要じゅよう经历一个十分复杂的物理-化学かがく过程。为便于描じゅつ理解りかいもえ烧过ほど以从ひろし观角はたもえ烧室定性ていせいぶんさん个特せい区域くいき

喷射/雾化
从喷ちゅううつわ喷注てき推进剂组もとりゅうあるえきまくどおり相互そうご撞击とう方式ほうしき化成かせいしょうえきしずく部分ぶぶんえきしずく开始ふけ发,形成けいせいとみ氧或とみもえてき局部きょくぶ区域くいき。该区域くいきひとししょうてき含有がんゆうえきしずく、推进剂蒸气以及一些高温燃气。よし于推进剂温度おんど较低以及とみ氧区和富かずとみもえもえ烧速りつこう,该区域くいきただゆう一定的化学反应发生,释热りつ较低。[32]:345-346
快速かいそくもえ烧区
ずい温度おんどてき不断ふだんひさげだか,剧烈而快そくてき化学かがくはん应发せい所有しょゆう剩余じょうよえきしずく受热ふけ发,とみもえ和富かずとみ氧气团相互そうご混合こんごう。推进剂反应生成せいせいちゅう间产ぶつ以及さらしょうさら简单てきもえ烧产ぶつ,并放出ほうしゅつ大量たいりょうてき热。热气てき快速かいそく膨胀かい造成ぞうせい气体从高温こうおんだかもえ烧速りつむこう低温ていおんていもえ烧速りつてき局部きょくぶよこむこうりゅう动。ずい气体こう快速かいそくもえ烧区ゆうてきりゅう动,气体组分混合こんごう变得さらひとし匀。气体ざい加速かそく过程ちゅう温度おんど越来ごえくえつだかよここう速度そくどあずか不断ふだん增加ぞうかてき轴向速度そくどしょう越来ごえくえつしょう[32]:344-345
かんりゅうもえ烧区
化学かがくはん应以较低そくりつ继续进行,并使とくもえ烧产ぶつ趋于化学かがく平衡へいこうじょう态。もえ气为りゅう速度そくど很高てきりゅう线型轴向りゅう,几乎ぼつゆうよこむこうりゅう动。这一区域可延伸至喷管。[32]:346

もえ烧不稳定せい[编辑]

推进剂在もえ烧室内的ないてきもえ烧不かい绝对ひら稳的,总是ゆういち些压りょく温度おんど速度そくどてきなみ动,とう这些动与推进剂供应系统(甚至せい个飞ぎょう结构)てき固有こゆう频率あるもえ烧室ごえまなべ荡相耦合时,就会产生周期しゅうきせいてき叠加荡,そく为燃烧不稳定せい[32]:348。发动つくえもえ烧室以看さくげきけい统,けい统的のうりょうらいみなもとただしもえ烧过ほど释放てきのうりょう荡器もえ烧室推进剂供应系统,二者之间存在一定的响应和反馈过程,维持荡过ほど[38]:201もえ烧不稳定せい通常つうじょう以燃烧室压力变化てき周期しゅうきせいらいおもてせいもえ烧不稳定性的せいてきもえ烧室压力动具有明ありあけ显的周期しゅうきせい,且振幅しんぷく较大,一般いっぱんざい平均へいきんしつ压的±5%以上いじょう[38]:192わか发动つくえ稳态工作こうさく间压りょくなみ动不ちょう平均へいきんしつ压的±5%,则认为发动机处于ひら稳燃烧状态;わかもえ烧的压力动很だい并且ずいつくえてき,则称其为糙燃烧[32]:348

液体えきたい火箭かせん发动つくえもえ烧不稳定せい按燃烧室压力频率ぶん为低频燃烧不稳定せいちゅう频燃烧不稳定せいだか频燃烧不稳定せい[32]:348[33]:190-224[37]:212

てい频燃烧不稳定せい ちゅう频燃烧不稳定せい こう频燃烧不稳定せい
频率范围[k] 200赫兹以下いか 200-1000赫兹 1000赫兹以上いじょう
もえ烧室压强分布ぶんぷ 较均匀 ひとし 很不ひとし
压强振幅しんぷく しつ压的25%-50%左右さゆう 较小 しつ压的50%-100%あるさらだい
ゆう关因もと かず推进剂供应系统(甚至せい个飞ぎょう结构)あずかもえ烧室压力てき相互そうご作用さようゆう かず推进剂系统结构及喷注しゅうえき腔的动、ながれ动漩涡、燃料ねんりょう/氧化剂混合こんごうなみ动、推进剂供应系统谐ゆう もえ烧过ほどちゅうかく种力(压力)及燃烧室ごえがく谐振特性とくせいゆう
危害きがい 使つかいもえ烧过ほど恶化,导致发动つくえ性能せいのう下降かこうけい统发せい共振きょうしん可能かのう导致かんあるせっ头断きれ 导致推进剂混合こんごうてき荡和发动つくえ性能せいのうてきくだひく もえ烧室局部きょくぶ传热りつきゅう增加ぞうか从而导致发动つくえ损坏
抑制よくせい措施 ひさげだかもえ烧室压强喷注压降,さいよう喷雾细微てき喷嘴,以改善かいぜん喷雾てき形成けいせい,减小もえ烧时とどこお あらため变推进剂きょう应系统或喷注结构以减しょう两者间的耦合,あるざい推进剂供应系统中设置节流けん、蓄压ある四分之一波管等阻尼装置 ざい喷注めん上安かみやすそうへだたいたこえ衬或ごえ腔等阻尼あらため进喷ちゅううつわてき形式けいしきあなみち压降以及喷嘴排列はいれつとう

とくてん[编辑]

液体えきたい火箭かせん发动つくえ具有ぐゆう化学かがく火箭かせん发动つくえてきとくてん[1]:180-181

  • 自身じしん携带推进剂,工作こうさくもたれだい气,ざいだい气层うちだい气层がい以及水下みぞおち工作こうさく
  • 推力すいりょくずい飞行高度こうど增加ぞうか增加ぞうかあずか飞行速度そくど无关;
  • 发动つくえ结构质量あずか发动つくえ推力すいりょく较低;
  • 工作こうさく条件じょうけん苛刻,在高ありだか压、高温こうおんこう转速、高速こうそく喷气、ちょうてい温和おんわきょうくさ蚀性条件下じょうけんか工作こうさく

液体えきたい火箭かせん发动つくえあずか固体こたい火箭かせん发动つくえそうかく优缺てん[1]:10-11

液体えきたい火箭かせん发动つくえ 固体こたい火箭かせん发动つくえ
结构 れいけん较多、结构复杂 结构しょう对简单
较高,达450 s 较低,ちょう过300 s
ひかえせい 以多启动脉冲工作こうさくひかえせいこのみ 很难调节推力すいりょく大小だいしょうつぎ启动,ひかえせい
もたれせい 较低 较高
使用しよう维护 发射じゅん备时间较长,维护使用しよう不便ふべん 操作そうさ简单,维护方便ほうべん
工作こうさく时间 较长 较短
质量[l] 较低 较高
成本なりもと 较高 较低
环境适应せい 较高 工作こうさく性能せいのう受外かい环境温度おんどそう药初あつしかげ响较だい

应用[编辑]

使用しよう液体えきたい火箭かせん发动つくえさく为动りょくてき联盟ごう系列けいれつ运载火箭かせん

液体えきたい火箭かせん发动つくえさく为最为成熟せいじゅくてき火箭かせん推进けい统之いち具有ぐゆう较高てき性能せいのう许多独特どくとくてき优点,应用广泛。目前もくぜん液体えきたい火箭かせん发动つくえ主要しゅようよう运载火箭かせんこうてん以及导弹とう方面ほうめん

  • 液体えきたい火箭かせん发动つくえ运载火箭かせん常用じょうようてき发动つくえ。运载火箭かせんてき发动つくえ包括ほうかつじょ推级、だい一级和上面级发动机等。运载火箭かせん需要じゅよう一个或多个液体火箭发动机提供较大的推力。[10]:16-18
  • こうてん包括ほうかつこうてん飞机人造じんぞう卫星そら间探测器载人飞船ひとし液体えきたい火箭かせん发动つくえ可用かようさくこうてんてき轨道つくえ动系统和反作用はんさようひかえせいけい统。[10]:18-20
  • 液体えきたい火箭かせん发动つくえ早期そうき对地弹道导弹常用じょうようてき推进けい统,目前もくぜん仍用于一些国家こっかてき远程弹道导弹あるしま际弹どう导弹れい如俄罗斯仍有使用しよう液体えきたい火箭かせん发动つくえてきせんしゃ弹道导弹中国ちゅうごく也有やゆう使用しよう液体えきたい火箭かせん发动つくえてき弹道导弹。[10]:20

此外,液体えきたい火箭かせん发动つくえ还曾用作ようさくさがせそら火箭かせん飞机てき推进动力,以及飞机てき喷气じょ推起飞えいJATOけい统等[10]:5-11

相關そうかん條目じょうもく[编辑]

ちゅう[编辑]

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  2. ^ ざいHe 176飞机ぜんやめ火箭かせん动力飞机,如Opel RAK.1飞机とうただし使用しようてき固体こたい火箭かせん发动つくえ
  3. ^ 57%てききのえあつし、30%てき联氨13%てきみずてき混合こんごうぶつ
  4. ^ 浓度为80%てき过氧氢溶えき
  5. ^ 原名げんめい为美こくほし学会がっかい(American Interplanetary Society),于1934ねんさらめい为美こく火箭かせん学会がっかい
  6. ^ らくかつ达因最早もはやこれ北美きたみ航空こうくう公司こうし成立せいりつてき门(1955-1967ねん);きさきらいぶん别成为北美きたみ罗克韦尔まと门(1967-1973ねん)、罗克韦尔こくまと门(1973-1996ねんなみおん公司こうしてき门(1996-2005ねん);2005ねん卖给联合わざ公司こうし成立せいりつひろしめぐみ-らくかつ达因公司こうし;2013ねんかむきむ库普しゅうえいGenCorpおさむ购,あずか喷气飞机公司こうしあい并为喷气飞机-らくかつ达因えいAerojet Rocketdyne公司こうし
  7. ^ 该发动机原本げんぽん纳瓦霍导弹えいSM-64 NavahoとぎせいてきXLR43-NA-1发动つくえきさき红石导弹しょ选用,またそく为NAA 75-110发动つくえ[17]
  8. ^ ORM­-65发动つくえただ最初さいしょよう于RP-­318てき地面じめん试验;而由于爆炸和ひかえせいけい统问题,212巡航じゅんこう导弹ざい1939ねんさいさいようORM­-65发动つくえ
  9. ^ あるもの4个氧剂喷くちばし[33]:106,则实际的氧化剂喷くちばしすうあずか燃料ねんりょう喷嘴すう为1。
  10. ^ 此外还有推力すいりょくしつ抽气循环,从推りょくしつちゅうもたれきん喷注截面处引てきもえ气作为涡轮工质,ただし其技术难较大,わざ术尚まちいち发展,目前もくぜん仅在美国びくにてきJ-2S火箭かせん发动つくえうえいた应用[31]:29
  11. ^ てい频、ちゅう频和だか频之间并ぼつゆう一个明确的分界线[38]:192
  12. ^ 推进剂质りょうあずか发动つくえ总质りょうこれ

参考さんこう资料[编辑]

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