2022-02-19 23:42 6park.com
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Space X公司的星舰完全体总高120米，推力5500吨，是地球上最强大的火箭，它所仰赖的就是强大发动机~猛禽发动机。
猛禽发动机第1版本的推力是170吨，第2版本升级以后会达到240吨左右，提升了70吨。

猛禽改版以后外形变得整洁，第1版管线很多，看上去很杂乱，新版本管线大量减少。
我国民营航天企业蓝箭航天公司，最新的“天鹊”火箭发动机和space X公司的猛禽一样，都是使用液氧和甲烷。
从尺寸上来看，“天鹊”发动机比较小，而且推力只有80吨，只相当于猛禽升级后提升的推力。

但是外形上来看，这款发动机虽然小，但更整洁。
那么是不是整洁的发动机就更加先进了？我国的液氧甲烷发动机可以跟猛禽相比较吗？
实际上发动机的先进程度，是按照工作体制来算的。 6park.com
▍液体火箭发动机的工作体制由什么决定？
不管是按照单位体积的功率还是按照总功率，火箭发动机都是这个世界上最强大的发动机。
以美国用于登月的土星5号火箭为例，它的第1级有5台F1发动机。
单台F1发动机的热功率是3600万千瓦，推进功率为2400万千瓦，已经超过了三峡电站满负荷发电的功率。

要达到这么大的功率，肯定要消耗海量的燃料，所以一台F1火箭发动机每秒钟需要消耗1.8吨液氧、790公斤的煤油。
这个数字简直就是看起来夸张到让人不敢相信。不说这些燃料在极短的时间、在很小的空间烧尽，就是要把这些燃料喷进燃烧室，都是很麻烦的事情。
所以，这里就遇到了火箭发动机设计的关键点：如何把燃料送进燃烧室？这决定了液体火箭发动机的工作体制。
这个就需要一个燃料泵。那么这个燃料泵就需要有额外的动力来驱动。这个泵的功率极大，需要用火箭本身的燃料来驱动的。
先要搞一个小的涡轮发动机，让火箭本身自带的氧化剂、燃料混合燃烧以后，驱动这个泵，然后才能把火箭的燃料送到燃烧室里面。
驱动燃料泵的发动机纯粹消耗火箭燃料，对火箭的推力没有贡献。
我国蓝箭航天的“天鹊”发动机，就是采取这样的设计，这个小的涡轮机，在液体火箭上叫做燃气发生器。

但是，猛禽发动机的设计不是这样的，而是把这个燃气发生器的功率也利用起来了，这就是一种全新的火箭工作体制~全流量分级燃烧。
▍猛禽发动机世界上第1款全流量分级燃烧发动机。
所谓分级燃烧的意思就是燃料要燃烧两次，这是两个同时进行的平行过程。
第1个叫做富氧燃烧过程，燃烧大量液氧和少量甲烷。这个燃烧过程产生两个效果，把液氧加热成气态的氧，燃烧产生的热量驱动涡轮带动液氧泵。
第2个叫做富燃燃烧过程，用大量甲烷和少量氧进行一次燃烧。这个燃烧的结果把液态甲烷加热为气态，产生的热量驱动涡轮再带动燃料泵。
然后，富氧燃烧的尾气，富燃燃烧后的尾气，再进入发动机的主燃烧室进行最后一次燃烧，再喷出去，产生推力。

大家可以看出来，分级燃烧最大的优势，就是把燃气发生器的尾气接入了整个喷射回路中，最终所有的气体是从火箭发动机的尾喷口喷出来的，所以燃气发生器的功率也可以转化成推力。
全流量的意思，就是说全部的燃料跟氧化剂都要经过富氧燃烧和富燃燃烧的过程。
那么，既然有全流量，就是有不全流量的。不全流量的，就是有一部分的氧化剂和燃料是绕开这个过程，直接喷进燃烧室的。
全流量分级燃烧的最大好处就是火箭推进剂的利用效率最高。而且，推力可以大范围内调整。

这才是火箭发动机的最核心指标，它的意义就相当于汽车百公里耗油量。
猛禽发动机的真空比冲380，大概比“天鹊”发动机的效率高10%。
不要小看这10%，因为火箭也只能把自身总重量的3%~5%的荷载送入太空。
▍猛禽发动机到底有多难造？
Space X公司的老板埃隆马斯克是一个工作狂人，每周至少工作80个小时，最多120个小时。
以如此的执行力度和狂热的工作精神，这款发动机也开发了至少10年。
首先一个问题，猛禽的主燃烧室和涡轮泵是一体的，给设计人员留下的闪转腾挪余地极小，必须在极其有限的空间中，把机器的性能压榨到极致。

而且富氧燃烧和富燃燃烧都是不完全燃烧过程，很容易产生闪爆、闪燃，燃烧极其不稳定，对涡轮机要求极高。
这里面既有高度优化的机械结构设计，同时又有特殊的材料，当然这些都是保密的，从外观看不到。
所以，猛禽第1代发动机外面的管路看起来非常多，因为要从这个管子进，那个管子出，然后再绕回来，然后再进入主燃烧室。
第2代版本采取了很多焊接工艺，代替了原来活动可拆卸连接工艺，减少了结构，所以它的管线看起来比较规整。
蓝箭航天“天鹊”发动机结构要简单的多，所以看起来比较简洁。从液体火箭发动机的工作体质上来说，我们和美国差了至少15年。

美国上世纪80年代开发出来的航天飞机上的主火箭发动机，就是氢氧分级燃烧发动机。猛禽发动机转移了很多NASA的技术，10年开发出来已经算快了。
从液体火箭发动机的开发经验上来说，上世纪冷战期间，华约、北约砸了无数钱开发火箭技术，所以美国和俄罗斯的火箭发动机技术积累是极其丰厚的。
我国目前正处于极其直追的状态。我国现在最先进的发动机体制是不全流量的分级燃烧，这可能以后用在中国的巨型运载火箭长征9号上面。返回搜狐，查看更多
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