SpaceX “猛禽”全流量循环发动机，浅谈火箭发动机的循环方式( 二 )
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分级燃烧循环（也叫闭式循环）
如果把燃气发生器的废气送入燃烧室完全燃烧呢？这就是分级燃烧循环（也叫闭式循环），部分推进剂先在预燃室内燃烧并驱动涡轮泵，然后废气再导入燃烧室进行充分燃烧。
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这种循环燃烧更充分、能够大大提高推力，但是也伴随而来了新的问题。为了保护涡轮泵，预燃室采用了“富燃”或“富氧”燃烧，而之前的发动机推进剂大多是液氧煤油，煤油不完全燃烧的碳原子会形成聚合物，称为结焦。积碳会黏在所有其经过的表面、导致涡轮泵迅速老化过热，燃烧室的推进剂是通过一个个密密麻麻的小孔喷射进来的，结焦也会堵塞喷射孔、进而导致发动机爆炸。
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那就只能让煤油“富氧”燃烧，富氧燃烧时会产生高温、并且对金属有强烈的腐蚀作用，因此涡轮的材料必须能够承受这种恶劣条件。对于半个世纪之前来说这种合金材料几乎是不可能的，但苏联人真的做到了，如早期的NK-15/33发动机。氧化剂全部通过预燃室，结合适量燃料进行“富氧”燃烧，然后全部进入主燃烧室燃烧，没有浪费任何推进剂。
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后来衍生的RD-180发动机则卖给了美国公司，用于著名的宇宙神五号火箭。
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而美国人则另辟蹊径，为了避免结焦，选用了氢来替代煤油作为推进剂，氢燃烧没有结焦，但又带来了新的问题。首先是氢的密度非常小，无法与氧共用一个涡轮来驱动，所以需要两个预燃室，全部采用“富燃”燃烧，驱动不同功率的涡轮泵，分别推动液氧和液氢。
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其次是氢的密度太低、太轻了，会从细小缝隙中泄漏出去，一旦富燃的氢通过涡轮泵轴泄漏到液氧中，就会引发大爆炸，为此工程师们不得不设计一个复杂的密封装置，终于研发出了著名的RS-25发动机。燃料全部通过两个燃烧室进行“富燃”燃烧，早期曾用于航天飞机，还将继续用于SLS火箭，RS-25发动机仍然是人类制造的最好发动机之一，有着较高的推重比和高效率。
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全流量分级燃烧循环
后来便发展出了最终极形态的全流量分级燃烧循环,这种循环设置了两个预燃室，一个富氧、一个富燃，富燃预燃室驱动燃料泵，富氧预燃室驱动液氧泵，再将废气同推进剂一起注入燃烧室燃烧，在这种循环中全部推进剂流量都参与燃烧驱动涡轮泵，故称为全流量循环（FFSCC）。
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因为所有的燃料和氧化剂都会经过预燃室，可以随意控制驱动涡轮泵的推进剂比例，两个预燃室会极度富燃与极度富氧，可以让涡轮以更低的温度、更低的压力工作，能大大提升涡轮泵组件的寿命。
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即便是富燃的燃料通过泵轴泄露，遇到的也是更多的燃料，因此不需要那些非常精细的密封装置。也不会采用煤油作燃料，因为富燃预燃室会有结焦问题。这种循环的热力学效率是最高的，但相对而言，发动机也是最复杂的，最早的工程实践机型是苏联的RD-270发动机，是采用四氧低二氮和偏二甲腓为推进剂的毒发，最后从未上过天。
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目前最成功的尝试就是SpaceX的猛禽发动机了，是第一个投入实用的全流量循环发动机。
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选择了液态甲烷作为燃料，那么为什么选择甲烷呢？先是三种燃料的密度，煤油813克/升、液氢70克/升、液态甲烷居中422克/升。再看各燃料的氧化剂质量比，燃烧1克煤油需要消耗2.7克氧、燃烧1克氢需要6克氧、燃烧1克甲烷需要3.7克氧，根据液氧密度1141克/升。
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