液体火箭( 二 ) _生活百科

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如果燃料和氧化剂在进入燃烧室之前，一直是分别贮存，互不接触，则称为双组元推进剂。如果燃料与氧化剂的原子结合成一个分子，则称为单组元推进剂。燃料与氧化剂互相接触后，能瞬时自动点火的双组元液体推进剂称为自燃推进剂。防空飞弹使用的推进剂为硝酸基的以及其他的氧与氮化合物为基的推进剂。主要氧化剂为硝酸(浓度98%)，其含氧量76%，密度较高(1．52)，凝固点温度低(-42℃)，沸点为+86℃，在常温下可以液态贮存，使之能够适用野战或区域防空需要。硝酸的缺点是对大多数结构材料有强烈的化学腐蚀性，硝酸的蒸气有毒。燃料有偏二甲肼、苯胺等。液体推进剂可提供的比推力为2700～13000m/s，理论研究表明，最高值可达4000m/s 。燃烧室在燃烧室中推进剂进行雾化、混合併燃烧，将化学能转变为热能，雾化与混合依靠专门的喷嘴实现。推进剂的混合越完全，燃烧也就越完全，则发动机的工作越有效、稳定和可靠。燃烧室的结构和材料保证能承受高温高速燃气流，并具有较高的耐热、防热和热导性。喷管用超声速(拉瓦尔)喷管产生超音速喷气流。贮箱推进剂贮箱用于存贮液态燃料和氧化剂，一般是弹体结构的一个舱段，要承受飞行中的各种静、动、热载荷。另外，为保证在各种过载情况作用下和当推进剂余量很小时，从贮箱中向燃烧室输送燃料和氧化剂，在贮箱内有吸油器或其他的结构措施。推进剂输送系统该系统将推进剂组元从贮箱供入液体火箭发动机燃烧室，可採用：气压式(25～35MPa)输送系统；涡轮泵式输送系统。气压式的质量较大、体积较大。涡轮泵式的系统较複杂。液体火箭的发动机的套用液体火箭发动机的优点是发动机本身的质量较小，特别是对于大推力、长时间工作的发动机；有获得高比推力的可能性；有多次启动、关机及调节推力的可能性；发动机工作时间比较长；推进剂本身的造价较低等。其缺点为推进剂输送、贮送系统複杂，不便于长期贮存，不便于维护使用等。原苏联的SA-2和SA-5飞弹採用液体火箭发动机系统。推进剂液体火箭发动机用推进剂。由贮箱中以液体状态进入燃烧室(或推力窒)，进行燃烧(或其他化学反应)放出能量和产生气体，为推进系统提供能源和工质。燃烧(氧化)是液体推进剂最普遍的化学反应，其他化学反应，如吸热物质分解放热反应、原子结合为分子放热反应、複合反应、热核反应等，也都能为推进系统提供需要的推力。按组成分为双元和单元液体推进剂，双元推进剂的氧化剂和燃料分开存放，使用时同时输入燃烧室混合燃烧；单元推进剂是氧化剂与燃料的混合溶液(如硝酸肼的肼溶液)或在推进剂分子中同时含有氧化剂和燃烧剂成分(如异丙基硝酸酯) 。双元液体推进剂又分为自燃和非自燃两种，自燃推进剂在氧化剂和燃料接触后能立即自动燃烧，不需要专门点火装置，如液氧与液氢、四氧化二氮与肼类燃料等；非自然推进剂在氧化剂与燃料混合后要靠点火装置点燃后才能燃烧，如硝酸与煤油等。按贮存性能分为可贮存和不可贮存(低温)推进剂。液体推进剂的比沖高、使用可靠，但贮运加注技术複杂，安全性较差，已广泛用于战略、战术飞弹及空间运载火箭。发动机分类液体火箭的发动机是使用液态化学推进剂作为能源和工质的化学火箭发动机，它主要用于运载火箭和各种航大器的推进系统，液体火箭发动机可根据用途、使用条件、推进剂供应方式及推进剂组元等进行分类。根据用途将液体火箭发动机分为：主发动机（航天运载器、弹道飞弹、载人和不载人轨道飞行器等）、複合发动机（液体火箭发动机+空气喷气发动机或液体火箭发动机+冲压式空气喷气发动机等）、辅助发动机、控制系统用发动机。根据使用条件将液体火箭发动机分为：一次启动发动机、二次重複启动发动机、多次启动发动机、多次使用发动机。根据推进剂供应方式将液体火箭发动机分为挤压式发动机和泵压式发动机。挤压式发动机产生的推力相对较小；泵压式发动机是大推力发动机的主要形式，可进一步分为补燃循环和非补燃循环两类。补燃循环发动机是指驱动涡轮泵的燃气不直接排放到外界。而是进人主燃烧室进行补充燃烧的发动机，非补燃循环发动机则是指驱动涡轮泵的燃气未经过进一步的充分燃烧，直接向外界排放的发动机。根据发动机所用推进剂组元数目可将液体火箭发动机分为：单组元发动机、双组元发动机和三组元发动机。大多数液体火箭发动机属于双组元发动机。此外，还可按照推进剂的沸点将发动机分为常温发动机和低温发动机。常温发动机可在加注推进剂后长期贮存。结构材料液体火箭壳体(也叫贮箱)的结构材料，因所用的推进剂不同，也不相同。例如，推进剂如为液氢和液氧，沸点分别为-253℃和-183℃（即零下253℃和零下183℃），普通钢材在这样低的温度下，变成玻璃一样，一碰就碎，不能用作结构材料。所以液氢和液氧贮箱材料，必须在低温下具有足够的塑性。为了防止液体渗漏，保证密封性，贮箱常须用焊接方法成型，材料又必须具备良好的焊接性，也就是在焊缝区域必须保证有良好的焊接质量，不能产生裂纹、气孔等缺陷。大型火箭箱体的尺寸又很大(箱体直径大到10米，甚至10米以上)，一般不希望焊接成型以后再进行热处理，以免使用庞大的热处理设备。所以，对于使用液氢和液氧作推进剂的大型火箭来说，能在低温下不变脆、能焊接、不用热处理工艺而又能保证材料的强度，就成为材料的主要矛盾了。那就必须在克服这些矛盾的基础上，儘可能地选用强度和刚度大的材料。目前，只有不鏽钢、可焊铝合金和部分钛合金能基本上满足这些要求。其中，不鏽钢的比强度太低，现已废弃不用。大型液体火箭贮箱多用可焊铝合金或可焊钛合金製成。当然，如果箱体直径不大，也可以用强度更高的可热处理强化铝合金；如果採用整体结构而不用焊接工艺成型时，选择材料的範围就更大了。如液体推进剂为硝酸、煤油、肼、四氧化二氮、氟化物之类，就需考虑结构材料与推进剂之间的相容性，也就是推进剂与结构材料之间不起化学反应：不使推进剂被分解、不使结构材料产生腐蚀。结合这些特性，要求材料既具有相容性，又具有焊接性。由于玻璃钢之类所含的树脂在摄氏30度以上多数与这些推进剂之间产生化学反应，所以仍用铝合金或钛合金作为贮箱结构材料。至于液体火箭发动机，一般都採用再生冷却法，使发动机推力室内壁温度保持在摄氏650～900度的範围内。要求材料在这个温度之下具有高比强度、成型性好、能焊接、膨胀较小、导热性良好、耐高速燃气流的腐蚀和热冲击等。一般低碳合金结构钢，耐热钢，铁基或镍基高温合金、铌合金等可以基本上满足这些要求。发动机特点（1）使用无毒、高能推进剂液氧、煤油和液氢、液氧。（2）採用高压补燃循环系统是近代大型液体火箭发动桃发展的第二大特点。（3）近代大型液体火箭发动机大多设有推进剂利用系统。（4）采用辅助增压泵。（5）高可靠性、长寿命和多次使用。