開放式循環發動機的燃料,主要是煤油。
這玩意不完全燃燒,會產生結焦顆粒,很容易堵住噴口。
然後就是,轟隆!
秒變大炮仗。
而如果讓煤油燃料富氧燃燒,渦輪又扛不住。
大老蘇曾經想過辦法,用超高耐熱合金,硬扛高溫,但事實證明效果不咋地。
所以想要改進成封閉式循環,就得換燃料。
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於是乎,采用液氫液氧的封閉式循環發動機,應運而生。
nasa大名鼎鼎的rs25發動機就是這種結構,學名叫“分級燃燒循環液氫液氧發動機”。
早期老米的航天飛機用的就是這種發動機。
rs25有兩個小燃燒室,驅動不同功率的渦輪泵,分彆抽取液氫和液氧。
但因為全都采用富燃,工作環境堪憂,渦輪性能幾乎被壓縮到了極致。
這就是它不適合作為可回收火箭發動機的原因,因為就算能回收,這倆渦輪機組也廢廢了,維護與更換成本太高了。
另外,氫的密度太低,有可能從細小的縫隙中泄漏出去。
一旦富燃的氫通過渦輪機的泵軸,泄漏到了液氧中,結局隻能又是一片燦爛的煙火。
為此,科學家和工程師們,不得不設計一個複雜的密封裝置。
所以即便rs25有著非常高的燃燒效率,但距離極致還有一定差距。
逼逼了這麼多,終於輪到邱睿的構思了。
他既不想用會漏油的開放循環,也不想搞不適合回收的封閉式液氫液氧。
而是想要一步到位,直接上最高難度——全流量分級燃燒循環發動機!
這種發動機同樣有兩個小燃燒室,分彆帶動兩個渦輪。
乍一看和rs25沒啥區彆,實際則不然。
兩個小燃燒室,一個是富燃燃燒,另一個則是富氧燃燒。
富燃的帶動燃料泵,富氧的帶動液氧泵,再將廢氣同推進劑,一起注入主燃燒室內點燃。
關鍵點就在這裡了,這種結構下,不再有從推進劑罐直接連通到主燃燒室的管道。
因而所有的燃料和氧化劑,都會通過兩個小燃燒室,參與極度富燃與極度富氧反應中,可以讓渦輪以更低的溫度、更低的壓力工作,大大提升了渦輪組件的壽命。
而且即便是富燃的燃料通過泵軸泄漏,也隻會遇到更多的燃料,也就不需要精密的密封裝置了。
所以就理論設計而言,這種結構下的火箭發動機,其熱力學循環效率是最高的。
當然,這條技術路線也不是邱睿想出來的。
大老蘇的rd270發動機,采用的就是這種結構。
不過那玩意用的兩種推進劑是四氧化二氮和偏二甲腓,是出了名的“毒發”,始終也能下測試台。
沒能搞成功的原因不在於推進劑有毒,而是當年的技術不達標。
全流量分級燃燒循環,雖然把小燃燒室的溫度給降了下來,但是這玩意技術難度高,穩定性賊差,很難長時間有效輸出。
遵循前世老馬的解決思路,邱睿決定索性把燃料也換了。
從液氫,換成液態甲烷。
這麼做的好處多多,簡單舉幾個方麵。
首先是“比衝”。
衡量火箭發動機效率的標準是“比衝”,即單位時間內消耗單位推進劑所產生的推力。
總之知道比衝越高越好就完了。
雖然理想的甲烷發動機,比衝為459秒,比理想液氫發動機的532秒要低,但比煤油發動機的370秒可高了不少。
然後是燃料的燃燒溫度,燃燒溫度越低,對發動機就越好。
煤油燃燒溫度3397度,甲烷3277度,液氫2797度。
接下來是燃料沸點。
煤油210多度,比水還要高。
液氫零下253度,接近絕對零度。
這倆玩意都需要考慮極為嚴格的隔熱和保溫措施。
至於甲烷,沸點在零下162度,和液氧非常接近。
因此甲烷罐和液氧罐,可以使用共底儲箱,從而大大減輕火箭的重量。
最後,也是最重要的一點,價格。
都不說液氫,就是和火箭用的煤油一比,甲烷都跟不要錢似的。
綜上所述,無論怎麼看,采用甲烷燃料的全流量分級燃燒循環發動機都必須要搞。
不搞不行!
(注我這章寫的好像有些自嗨了,沒啥劇情,大家全當是個過渡章節好了)
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