液氧甲烷火箭成航天宠儿,中国差点创造历史,SpaceX猛禽不容小觑( 二 )


通俗来说就是 , 火箭发动机 , 就是将燃料和氧化剂推送到燃烧室 , 最简单的方式就是燃料和氧化剂罐子是高压 , 燃烧室是低压 , 如此一来只需要通过阀门来调节流量 , 就能让火箭发动机运转 。
但是这有一个缺点 , 想要储存高压燃料 , 罐子必须要非常厚 , 而罐子越厚需要带的燃料就越多 , 带的燃料越多就需要更多的燃料来推动火箭 , 所以这个方案不划算 。
还有一个方案:想要把燃料和氧化剂挤到燃烧室中 , 还可以通过泵来实现 , 而火箭对燃料的需求量非常大 , 泵每秒钟要推动上百升的燃料 , 也需要能量才能驱动 。 预燃室存在的目的就是驱动涡轮泵 , 预燃室可以燃烧一部分燃料来推动涡轮泵 。

开式循环:预燃室产生的废气直接排到外界 , 而且如果预燃室的燃烧非常充分 , 燃烧室的温度将会过高 , 损坏涡轮叶片 。 所以一般采用富燃的方式 , 也就是燃料多一些 , 氧气少一点 , 这样还没有完全燃烧的燃料就能带走热量 , 让预燃室的温度不至于太高 。 但缺点就是这些燃料都被浪费了 , 耗油量大 。 目前朱雀二号使用的TQ-12发动机就是开式循环 , SpaceX的梅林发动机也是开式循环 , 不过梅林发动机使用的是液氧煤油当作燃料 。

(梅林发动机 , 黑色烟雾就是未完全燃烧的燃料)

(天鹊发动机)
能不能把预燃室排出去的废气再放回到燃烧室中内呢?
可以 , 这就是闭式循环!
闭式循环(富燃):预燃室有大量没有完全燃烧燃料 , 放到燃烧室中继续燃烧 。 但缺点是如果使用的是“液氧煤油” , 没有完全燃烧的煤油会产生大量的碳颗粒 , 它会积碳、结焦 , 很容易堵塞发动机 , 所以使用闭式循环(富燃)不能使用液氧煤油 , 液氧液氢、液氧甲烷倒是可以使用这种方式 , 因为它们不会结焦、积碳 。

闭式循环(富氧):如果放入到预燃室中的燃料少一点 , 氧化剂过多 , 这就是闭式循环(富氧) , 它解决了液氧煤油会产生结焦的难题 , 但它会产生高温 , 需要特殊的合金才能承受住如此高的温度 。

全流量分级燃烧:它有两个预燃室 , 一个预燃室是富氧 , 一个是富燃 , 因为所有的氧化器和燃料都要经过预燃室 , 所以叫做“全流量” 。

全流量分级燃烧显然可以更充分的利用燃料 , 但对技术要求更高 , 目前放眼全球 , 也没有几个全流量分级燃烧的发动机 , 猛禽发动机算是一个 , 实力可以说是不容小觑 。 如果使用猛禽发动机的星舰能够成功发射 , 那它也将会创造历史!

中国的天鹊发动机不如美国的猛禽吗?同样是液氧甲烷火箭 , 天鹊发动机采用的是开式循环 , 而猛禽发动机采用的是全流量分级燃烧 , 是否代表着天鹊发动机不如猛禽发动机呢?
其实这东西没有绝对的好还是坏 , 就比如:同样是燃料 , 液氧液氢的比冲最高 , 为啥还有很多火箭使用的是液氧煤油?因为需求不同!

天鹊发动机是中国民营企业蓝箭研发的 , 目的是为了争夺商业发射市场 , 作为一家2015年才成立的企业 , 思考的肯定不是研发最新科技 , 而是从最简单的开式循环研发 , 之后再慢慢升级 。 如果一开始就研发全流量分级燃烧方式 , 难度太大 , 需要投入的资金更多 , 研发周期更长 , 不利于民营企业的发展 , 很可能还没发展起来 , 就倒闭了 。

而SpaceX在2015年就已经实现了盈利 , 可以用利润支持开发 , 所以研发猛禽发动机也顺理成章 。
更重要的是 , 东西不是越好就越好 , 而是要匹配任务 。 比如:一个拥有博士毕业证 , 各项技能都非常强的人去应聘前台 , 但对工资要求是5万一个月 , HR肯定不会录用;而是录用一个虽然学历不起眼 , 但对工资要求是只有5000块一个月的人 。 毕竟对于前台来说 , 这个学历已经够用了 。
朱雀二号瞄准的是低、中、高轨道的运载发射任务;而猛禽发动机是装载在超重型星舰运载火箭上面 , 该火箭的任务是载人登火任务 , 对发动机的要求更高 。

不管怎么说吧 , 液氧甲烷火箭目前是研发的新方向 , 各个航天大国都在蓄力中 , 而朱雀二号率先首飞 , 虽然首飞失利 , 但是一级和二级发动机主机经受住了考验 , 算是“虽败犹荣” 。

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