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火箭发动机的循环方式(科普)



这篇文章还没有正式开工,目前为下面这篇文章的附属说明,所以只有图片。

(题图为spaceX的猛禽发动机结构示意图)

 
挤压循环,燃料和氧化剂在高压气体的驱动下注入燃烧室,燃烧室压力不能大于气体压力(劲儿太小)膨胀循环,燃料(或者氧化剂)与喷管热交换,膨胀驱动涡轮和泵(劲不够大)燃气发生器循环,一部分推进剂提前燃烧,用于驱动涡轮和泵(然后排出,降低燃料利用率)分级燃烧循环,燃烧室的一小部分燃气用于驱动涡轮和泵(然后排出,会损失燃烧室压力)(上面的杆子画漏了)全流量分级燃烧循环,所有气体都经过喷管膨胀喷出,有最佳的燃料利用率(但是结构最复杂)电泵邪道……只有一款发动机这么搞:Rutherford,它的海平面推力2.44731吨,比冲311s,推重比只有72.8(小型煤油机的推重比居然比F-1还低,这就是电动的代价)

一般认为在燃料利用效率上闭式循环>开式循环,所以理论上前者的比冲可以做得更高,但是由于结构更复杂,采用类似结构的发动机推重比会更低一些(仅仅是理论上,工程上有其它许多因素,比如挤压循环似乎也是闭式的,嗯……)。

对于一般规模的火箭发动机,按技术难度排名大致为:全流量分级循环(闭式)>分级燃烧循环(开式)≥燃气发生器循环(开式)≥双膨胀循环(主要用于氢氧机)>膨胀循环>>挤压循环(这个是没有泵的)。按理说越难的技术应该会有越高的比冲(不然研究这个闲得慌吗),不过工程中总有各种各样的因素(比如大力出奇迹……),各国采取的技术路线也不尽相同,所以并不存在(或者不明显)这样的规律。

编辑于 2021-02-04 22:00

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