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首发:~第303章 欲善火箭事,先利发动机
咱们单独在旁边搞个小燃烧室,然后从两根主管道上分出一小部分氧化剂进来。
再在小燃烧室上加一个涡轮,用点燃小部分燃料生成的气流推动。
涡轮连着同轴的两个泵,两个泵又分别位于两根主管道内。
这样一启动,涡轮泵组合体就会全速泵出燃料和液氧。
这种结构的火箭发动机,就是所谓的“开放式循环发动机”。
好处是设计简单,稳定性高,制造成本低。
缺陷是小燃烧室,也叫“燃气发生器”内,因为不参与推进系统,有部分燃料被浪费了。
另外就是,在燃气发生器内发生的燃烧,叫“富燃燃烧”,也就是燃料比氧多的燃烧,因此燃烧非常不充分,会产生大量废气。
这些含有未完全燃烧燃料的废气,会由一根排气筒排到发动机外。
点燃的效果就是,主喷口呼呼冒火,排气筒冒黑烟。
这也就是梅林发动机会漏油的根本性原因。
而之所以采用富燃燃烧,主要是因为完全燃烧温度太高,高达两三千度。
一般材料的涡轮别说扛,能直接被吹化了。
那为啥不换一种材料?
答曰:有,但不适合造涡轮,否则转速上不去。
所以你看,这就是个水多了加面,面多了掺水的循环,最后都是要看怎么找到一个平衡点才好。
虽然开放式循环发动机非常稳定,但火箭这种高端货,还是要追求下极致效率。
如果有办法,把没有完全燃烧的富燃气体接回主燃烧室内,效率是不是就又提高了?
答案自然是可以的,但有个问题。
开放式循环发动机的燃料,主要是煤油。
这玩意不完全燃烧,会产生结焦颗粒,很容易堵住喷口。
然后就是,轰隆!
秒变大炮仗。
而如果让煤油燃料富氧燃烧,涡轮又扛不住。
大老苏曾经想过办法,用超高耐热合金,硬扛高温,但事实证明效果不咋地。
所以想要改进成封闭式循环,就得换燃料。
于是乎,采用液氢液氧的封闭式循环发动机,应运而生。
nasa大名鼎鼎的rs-25发动机就是这种结构,学名叫“分级燃烧循环液氢液氧发动机”。
早期老米的航天飞机用的就是这种发动机。
rs-25有两个小燃烧室,驱动不同功率的涡轮泵,分别抽取液氢和液氧。
但因为全都采用富燃,工作环境堪忧,涡轮性能几乎被压缩到了极致。
这就是它不适合作为可回收火箭发动机的原因,因为就算能回收,这俩涡轮机组也废废了,维护与更换成本太高了。
另外,氢的密度太低,有可能从细小的缝隙中泄漏出去。
一旦富燃的氢通过涡轮机的泵轴,泄漏到了液氧中,结局只能又是一片灿烂的烟火。
为此,科学家和工程师们,不得不设计一个复杂的密封装置。
所以即便rs-25有着非常高的燃烧效率,但距离极致还有一定差距。
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