运载火箭是枚复杂的载具,只是原理简单,引擎好坏得看综合因素,看安装在火箭上合不合脚儿,简单对比数据,只是为了相互了解。大推力火箭发动机,代表了各国发动机领域水平的高低,所以只列出大推力发动机,先看我国最具代表性的YF-100。
感官上看改进型,紧凑、简洁了不少
YF-100K/M是改进型,也是未来作为载人火箭 921方案的动力。真正的重型大推,是用在长征9号上,估计得等很久。一些概念介绍,真空推力(Thrust vac);真空比冲(Lsp Vac);海平面推力(Thrust SL);海平面比冲(Lsp SL)。比冲(Specific Impulse)粗暴理解为每秒推出多少米!国际单位(米/秒、秒、秒/千克),三种表示中,选秒为单位,数小且好理解,数儿越大速度越快!运载火箭毕竟不是导弹,也不是速度越快越好;海平面粗暴理解为地面、大气层内;真空粗暴理解为大气层外、太空。推力重量比(简称:推重比),数值越大越好,也许,因为火箭可以捆绑多台发动机,所以单台推重比显得不重要了(个人分析)。个人角度看,未提到的内容与发动机性能关系不大,比如:高压补燃循环系统、混合比、室压、几个燃烧室等,再多这些数据与概念,最终还是要归结到推力大小上,运动员训练得再辛苦,再讲究方法,不夺冠也是白搭!最终还是看推力、比冲与推重比。
美的目前主力,美国氢氧强吗
用什么燃料与比冲直接相关,大概了解下燃料类型,大类分为液体与固体二类,液体类简化为液氧/煤油(RP-1/lox),便宜且安全、环保;液氧甲烷(CH4/lox)如:美国神马在研发中的猛禽发动机,我还以为是F22那;液氢/液氧(LH2/LOX),这类作为燃料的我国发动机,都是小推力;还有毒火箭,氮/肼(UDMH/N2O4),俄国质子号系列用的RD-253是此类。(注:除了RP-1外,分子式的数字都为下标)
俄发动机型号一堆,可现役主要这几种!
都知道俄国火箭发动机,是此领域的王者!随便拿出一型都算顶级,尴尬、悲催的是,很多强大的型号都是闲置状态,RD-180还是美国出钱,买断了使用权!但是老美整天喊:太依赖俄国发动机。14年克里米亚及顿巴斯危机,俄美关系日趋紧张,奥巴马立刻启动了RD-180替换计划,《2015财年国防授权法案》中要停止使用RD-180。不过俄国为这款发动机找到了下家!就是我国,合作正在洽谈中,具体进展尚未可知。RD-275M是RD-253的改进型,不过要退役了,未来俄国发动机,估计只剩RD-191与联盟5号用的RD-171MV。再看欧盟与日本的发动机。
都是液氧/液氢,都给老美有关?
氢/氧燃料,比冲:451 S 海平面比冲 391 S; 液氧/煤油燃料,比冲:353 S, 海平面比冲 300 S。明显液氢/液氧比液氧/煤油冲力大!为啥我国不用在助推器上,也许同俄国一样更擅长液氧/煤油吧。另外,氢气密度小,存储要求高,且需要更大体积的燃料罐,罐体自重过大也是个问题;所以需要液化压缩,压缩氢气可是技术活!非常难,要达到零下253度。并且喷射的火焰温度极高,3000度高温会破坏发射台,发射时,发射台地面得喷水降温,所以会有大量水蒸气,发射前经常看到火箭二级位置,有白烟冒出,其实不是漏气,就是液氢温度过低,产生的寒气;还是外太空无接触环境,更适合液氢/液氧,也无需考虑高温,另外上述问题导致液氢/液氧成本高。
固体类多用于导弹,航天器类,非用于载具,不过也有例外,印度爱用固体发动机,推力够大,但是难控制,可能这就是印度发射火箭,总失败的原因吧!据悉印度新研发的液氧/煤油SCE-200,推力可达200T,比冲335S,这性能要好于YF-100!也好于欧盟的!
自身对比下,感觉升级不大啊!
发现我国火箭都是对称构型,而典型的宇宙神5系列,助推器可以不对称构型。个人分析,如:胖五单个助推器二台YF-100,其中内圈的一台YF-100是不能摆动的,可能是为了简化火箭结构,是增加可靠性吧;另外一台YF-100(STVC)是单摆。还有YF-100(DTVC)是双摆(相当于矢量喷嘴)类,近期YF-100K/M改进为泵后摆动技术,优化了摆动机构更紧凑,摇摆装置设计在涡轮泵的后端,火箭发动机内部也是有涡轮叶片,泵后摆动技术详解很容易找到就不多赘述了。由于上述设计,助推器就必须是对称构型,假设都为双摆的话,应该就无所谓对称与否了。下面是泵的内部结构。
火神3发动机,内部的泵
宇宙神5的,不对称助推器构型
另外提一句,胖五发射天和时,还有一项较为先进的技术,就是一级入轨,芯级直接把货物送到轨道,然后再脱离,很多人看直播没注意到这点吧,其实这挺牛的,这意味着以后我国火箭,多为二级结构,这与老美相当了。
此文未完,暂时罗列了一些有点代表性的发动机和一些常识,下期聊一些更具体的性能数据。