(省流要搞采用甲烷燃料的全流量分級燃燒循環發動機)
把製定第一版“蔚藍貢獻製度”的工作扔給小萌,邱睿繼續研究起了火箭發動機圖紙。
在張俊峰他們的帶領下,蚱蜢火箭上的那台梅林1a型發動機的測繪工作已經完成。
剛好有了這陣子的緩衝,邱睿也吸收掉了腦海中的相關知識,算是在火箭發動機方麵有了點水平。
因此再看這套圖紙時,說實話,他已經有些看不上這種開放循環的發動機了。
並產生了一點,想要大刀闊斧改變設計的衝動。
在介紹邱睿的想法前,先簡單聊聊火箭發動機的工作原理。
火箭是乾嘛的?
說白了,就是帶著人或貨物上天的玩意。
它不像飛機,能靠氣動性布局,讓空氣把自己抬起來。
這玩意本質上,是自己把自己抬起來的,肯定比飛機要費勁多了。
而地心引力到底有多難擺脫?
這麼說吧,一枚火箭,90的重量都在推進劑上。
迄今為止,唯一把人送到月球上的阿波羅計劃中,土星五號火箭的起飛重量3000噸,有效載荷隻有45噸。
尤其是一級火箭,2290噸裡,有2160噸都是液氧煤油,燃料占比高達9432,擺脫地心引力的難度可見一斑。
所以火箭想上天,唯一的辦法就是在一瞬間,噴出更多的推進劑。
發動機噴的越多、越快,也就越好。
當然,火箭太重了,光噴不行,還得點燃這些推進劑,讓氣體進一步膨脹才能獲得最大推力。
那想要燃燒,光有燃料可不夠,還需要大量的氧氣。
飛機和汽車發動機需要的氧氣,可以通過撞風獲得,但火箭不行。
這玩意太能噴了,燃料密度又太大,靠撞風捕獲的那點兒氧氣根本不夠用。
因此火箭就必須自己攜帶“氧氣”,也就是氧化劑。
最常見的氧化劑是液態氧,其他的還有諸如四氧化二氮以及雙氧水啥的。
至此,火箭的結構就很清晰了,一個燃料罐,一個氧化劑罐,通過兩根管子連接到燃燒室。
然後點燃,蕪湖起飛。
是不是看著挺簡單的?
問題我他媽來啦!
剛剛說過,推進劑不僅要噴的快,量還要足夠大。
想讓火箭成功上天,光靠推進劑自己釋放可不行。
於是科學家們想到了兩種解決辦法。
一種是給推進劑罐子加壓,讓裡麵的液態燃料與氧化劑,能更快的輸送到燃燒室裡去。
但這麼做有一個弊端,那就是加壓會使風險變大,因此罐子必須加厚,不然容易壓爆了。
而罐子厚了,重量也就上來了,所以得不償失,pass!
另一種方法,就是給推進劑輸送管加個泵,讓它快點兒往外抽燃料。
這個泵的動力從哪來呢?
聰明的科學家一拍大腿,這不是有燃料和氧化劑嘛!
咱們單獨在旁邊搞個小燃燒室,然後從兩根主管道上分出一小部分氧化劑進來。
再在小燃燒室上加一個渦輪,用點燃小部分燃料生成的氣流推動。
渦輪連著同軸的兩個泵,兩個泵又分彆位於兩根主管道內。
這樣一啟動,渦輪泵組合體就會全速泵出燃料和液氧。
這種結構的火箭發動機,就是所謂的“開放式循環發動機”。
好處是設計簡單,穩定性高,製造成本低。
缺陷是小燃燒室,也叫“燃氣發生器”內,因為不參與推進係統,有部分燃料被浪費了。
另外就是,在燃氣發生器內發生的燃燒,叫“富燃燃燒”,也就是燃料比氧多的燃燒,因此燃燒非常不充分,會產生大量廢氣。
這些含有未完全燃燒燃料的廢氣,會由一根排氣筒排到發動機外。
點燃的效果就是,主噴口呼呼冒火,排氣筒冒黑煙。
這也就是梅林發動機會漏油的根本性原因。
而之所以采用富燃燃燒,主要是因為完全燃燒溫度太高,高達兩三千度。
一般材料的渦輪彆說扛,能直接被吹化了。
那為啥不換一種材料?
答曰有,但不適合造渦輪,否則轉速上不去。
所以你看,這就是個水多了加麵,麵多了摻水的循環,最後都是要看怎麼找到一個平衡點才好。
雖然開放式循環發動機非常穩定,但火箭這種高端貨,還是要追求下極致效率。
如果有辦法,把沒有完全燃燒的富燃氣體接回主燃燒室內,效率是不是就又提高了?
答案自然是可以的,但有個問題。