这张图已经说明,东风5C没有使用传说中的高压补燃发动机,而是延续几十年的燃气发生器循环发动机。
液体火箭发动机,简单说就是一个燃料泵+主推力室。燃料泵也可以理解成一台小发动机,功率大约是发动机总功率的百分之几到十几。有它在,才能给主推力室泵送足够燃料,实现发动机几百万千瓦量级的输出功率。对,你没看错,图上的发动机抽出两台,总功率可能就轻松超越整个空中编队。
燃气发生器循环可以看作第一代液体火箭发动机,特点是泵和主推力室各烧各的。图上大喷口靠近中心一侧,都对应一个小喷口,后者就是泵的出口。燃气发生器循环的好处是设计和制造简单,也能实现较大推力,缺点是受材料和工艺限制,泵没法承受高温,因此泵一般是富燃燃烧,有一部分燃料被直排,浪费了。
高压补燃或者说分级燃烧循环发动机算是第二代产品,相当于把泵排出的尾气接进推力室再次燃烧。好处是燃料不浪费,效率更高,缺点是泵内温度和压力都很高,不利于设计制造,而且用一个泵同时驱动燃料和氧化剂,难以实现充分配合,没有发挥出全部潜力。
第三代产品叫全流量补燃或者全流量分级燃烧循环发动机,在第二代基础上干脆用两个泵来分别驱动燃料和氧化剂,并且所有燃料和氧化剂都流经各自对应的泵。其优点是理论上所有燃料都被充分利用,效率最高,而且结构简单、可靠性高;维护方便,非常利于复用。但这一切的前提是高超的设计和制造水平,能够实现单个泵稳定工作+两个泵完美配合,否则就POM或者熄火。
目前三代发动机都在涌现,毕竟从实用特别是商业航天的角度,“经济适用”最重要,而非绝对指标。但总体来说,只要有条件,还是会尽量追求更新一代。
我们国家的第一代发动机,大家已经在图上看到了,实际型号百花齐放,比如新兴的民营航天企业,除了天兵科技的天火-11,已经实用化的产品都是燃气发生器循环。
我国的第二代发动机,可以看看长征五号、长征七号的液氧煤油发动机,也早已量产了。
第三代发动机,目前唯一实用化型号是SpaceX给星舰配备的猛禽。苏联上世纪60年代尝试过,没成功。
很快,就又有一个国家要实质性突破了。很快。
