各種液體火箭發(fā)動機燃料組合
從V-2導(dǎo)彈至今,液體火箭發(fā)動機燃料出現(xiàn)了多個組合。除了我們熟知的液氧煤油和液氫液氧外,還有很多類液體火箭發(fā)動機燃料可供我們回顧。
選擇合適的燃料和氧化劑主要是根據(jù)火箭的用途。對于軍用導(dǎo)彈,需要降低發(fā)射準(zhǔn)備時間,所以流行硝酸基氧化劑和聯(lián)氨為主的可儲存液體燃料;但對于民用運載火箭,考慮到推進效率和環(huán)保需求,則適合液氧煤油和液氧液氫的低溫燃料組合。

V-2火箭是世界上第一枚投入使用的液體火箭發(fā)動機彈道導(dǎo)彈,它采用過氧化氫+高錳酸鈉驅(qū)動的渦輪泵,帶動75%酒精(即現(xiàn)在消毒液的75%醫(yī)用酒精)和液氧噴入發(fā)動機,點燃后推動火箭飛往330公里外的目標(biāo),由于乙醇傳熱良好,此類火箭無需噴口再生冷卻。該設(shè)計也被用于V-2的蘇聯(lián)仿制型R-2,以及R-2的中國型號東風(fēng)1號,和美國的V-2擴大型紅石導(dǎo)彈。
由于乙醇能量密度低下,液氧又不利于長期常溫儲存,故此設(shè)計很快被液氧煤油等具有更高推力的組合淘汰。





從1950年代開始,具有更強推力的液氧煤油組合開始成為大推力火箭的首選。火箭煤油一般標(biāo)號為RP-1,但成分和飛機航空煤油有一些區(qū)別,主要是多為環(huán)烷烴,而芳香烴比例較少,這樣有助于降低燃燒積碳。同時,由于高壓補燃循環(huán)的渦輪機燃燒室噴注壓力很大,為了避免噴頭腐蝕和堵塞,高壓補燃發(fā)動機的煤油必須經(jīng)過深層次脫硫處理。世界上主要生產(chǎn)此類燃油的油田是俄羅斯秋明油田,而中國,美國等地的油田含硫略多(海灣石油含硫更大),不適合直接用于高壓補燃煤油機,故國內(nèi)主要是化工廠直接生產(chǎn)此類燃料供火箭發(fā)射,成本也比傳統(tǒng)偏二甲肼+四氧化二氮組合高一些。



液氧液氫有著理論中最大的熱值和比沖值,很早就被列入世界航天首選的燃料。1959年,美國普惠公司首先試車了110KN的RL-10型液氧液氫發(fā)動機,作為未來載人登月的預(yù)研工程,之后便開始了著名的土星五號上面級J-2液氧液氫發(fā)動機的研發(fā)過程,該液氧液氫發(fā)動機于1966年服役,用于土星5號第二級(5臺)和第三級(1臺),真空推力高達1033KN。在此之后,美國航天飛機主發(fā)動機RS-25,德爾塔4型火箭的RS-26,阿麗亞娜5,H-2A/B火箭都采用氫氧發(fā)動機作為主發(fā)動機,國內(nèi)最早是1984年在長征3號第三級采用了YF-73液氧液氫發(fā)動機,之后在長征5號采用了YF-77起飛級液氧液氫發(fā)動機。但液氧液氫都是超低溫燃料,尤其是液氫在低溫下還會發(fā)生伯仲氫轉(zhuǎn)換,對儲存不利,所以研發(fā)難度相當(dāng)高,且國內(nèi)液氫供應(yīng)較少,單價較貴。

常溫燃料篇:
乙醇/煤油+發(fā)煙硝酸
這種設(shè)計非常原始,用發(fā)煙硝酸強行氧化易燃液體,因此多見于早期導(dǎo)彈。

上游-1號仿制對象是蘇聯(lián)542/544型導(dǎo)彈,采用乙醇和發(fā)煙硝酸推進劑組合,后來中國為節(jié)約糧食(當(dāng)時我國以糧食釀酒提取乙醇)改用煤油作為燃料。

V-500導(dǎo)彈也采用煤油+發(fā)煙硝酸組合。發(fā)射前導(dǎo)彈需要先加注燃料,然后再拖到發(fā)射架對準(zhǔn)目標(biāo),因此S-75/紅旗-1/2主要是設(shè)置于永久陣地的要地防空導(dǎo)彈。

含氮推進劑組合:
大力神導(dǎo)彈采用的LR-87發(fā)動機采用混肼50+四氧化二氮的組合,混胼50為50%的聯(lián)氨(肼)和50%的偏二甲肼構(gòu)成。

長征1號及前身東風(fēng)4,東風(fēng)3采用發(fā)煙硝酸(硝酸-27S,為大量二氧化氮溶解在硝酸中構(gòu)成)+偏二甲肼組合。
在經(jīng)過了一些時間后,目前各國的可儲存燃料基本上為偏二甲肼+四氧化二氮組合。


以上就是本人整理的部分常見液體燃料導(dǎo)彈的推進劑,歡迎大家討論和補充。