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各种液体火箭发动机燃料组合

2020-05-19 23:08 作者:冰封之龙  | 我要投稿

从V-2导弹至今,液体火箭发动机燃料出现了多个组合。除了我们熟知的液氧煤油和液氢液氧外,还有很多类液体火箭发动机燃料可供我们回顾。

选择合适的燃料和氧化剂主要是根据火箭的用途。对于军用导弹,需要降低发射准备时间,所以流行硝酸基氧化剂和联氨为主的可储存液体燃料;但对于民用运载火箭,考虑到推进效率和环保需求,则适合液氧煤油和液氧液氢的低温燃料组合。

V-2导弹    

V-2火箭是世界上第一枚投入使用的液体火箭发动机弹道导弹,它采用过氧化氢+高锰酸钠驱动的涡轮泵,带动75%酒精(即现在消毒液的75%医用酒精)和液氧喷入发动机,点燃后推动火箭飞往330公里外的目标,由于乙醇传热良好,此类火箭无需喷口再生冷却。该设计也被用于V-2的苏联仿制型R-2,以及R-2的中国型号东风1号,和美国的V-2扩大型红石导弹。

由于乙醇能量密度低下,液氧又不利于长期常温储存,故此设计很快被液氧煤油等具有更高推力的组合淘汰。

PGM-19 朱庇特导弹
R-7
FH 运载火箭
长征7号

从1950年代开始,具有更强推力的液氧煤油组合开始成为大推力火箭的首选。火箭煤油一般标号为RP-1,但成分和飞机航空煤油有一些区别,主要是多为环烷烃,而芳香烃比例较少,这样有助于降低燃烧积碳。同时,由于高压补燃循环的涡轮机燃烧室喷注压力很大,为了避免喷头腐蚀和堵塞,高压补燃发动机的煤油必须经过深层次脱硫处理。世界上主要生产此类燃油的油田是俄罗斯秋明油田,而中国,美国等地的油田含硫略多(海湾石油含硫更大),不适合直接用于高压补燃煤油机,故国内主要是化工厂直接生产此类燃料供火箭发射,成本也比传统偏二甲肼+四氧化二氮组合高一些。

德尔塔4,相当罕见使用全氢氧发动机作为起飞级的火箭,采用的RS-26也是现役最大推力的氢氧高压补燃发动机
S-IVB (土星5号第三级)采用1个J-2发动机

液氧液氢有着理论中最大的热值和比冲值,很早就被列入世界航天首选的燃料。1959年,美国普惠公司首先试车了110KN的RL-10型液氧液氢发动机,作为未来载人登月的预研工程,之后便开始了著名的土星五号上面级J-2液氧液氢发动机的研发过程,该液氧液氢发动机于1966年服役,用于土星5号第二级(5台)和第三级(1台),真空推力高达1033KN。在此之后,美国航天飞机主发动机RS-25,德尔塔4型火箭的RS-26,阿丽亚娜5,H-2A/B火箭都采用氢氧发动机作为主发动机,国内最早是1984年在长征3号第三级采用了YF-73液氧液氢发动机,之后在长征5号采用了YF-77起飞级液氧液氢发动机。但液氧液氢都是超低温燃料,尤其是液氢在低温下还会发生伯仲氢转换,对储存不利,所以研发难度相当高,且国内液氢供应较少,单价较贵。

常温燃料篇:

乙醇/煤油+发烟硝酸

这种设计非常原始,用发烟硝酸强行氧化易燃液体,因此多见于早期导弹。

上游-1号

上游-1号仿制对象是苏联542/544型导弹,采用乙醇和发烟硝酸推进剂组合,后来中国为节约粮食(当时我国以粮食酿酒提取乙醇)改用煤油作为燃料。

S-75防空导弹系统的V-500导弹,国内仿制为红旗-1号,改进后为服役至今的红旗-2

V-500导弹也采用煤油+发烟硝酸组合。发射前导弹需要先加注燃料,然后再拖到发射架对准目标,因此S-75/红旗-1/2主要是设置于永久阵地的要地防空导弹。

LGM-25C 大力神洲际导弹,美国最后一种液体燃料导弹

含氮推进剂组合:

大力神导弹采用的LR-87发动机采用混肼50+四氧化二氮的组合,混胼50为50%的联氨(肼)和50%的偏二甲肼构成。

长征1号

长征1号及前身东风4,东风3采用发烟硝酸(硝酸-27S,为大量二氧化氮溶解在硝酸中构成)+偏二甲肼组合。

在经过了一些时间后,目前各国的可储存燃料基本上为偏二甲肼+四氧化二氮组合。

CZ-2F采用偏二甲肼+四氧化二氮
R-36M2 (SS-18撒旦)采用偏二甲肼+四氧化二氮

以上就是本人整理的部分常见液体燃料导弹的推进剂,欢迎大家讨论和补充。

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