有這么一款發(fā)動機，價格便宜，性能良好，結(jié)構(gòu)簡單

有這么一款發(fā)動機，歷史悠久，用途廣泛，至今仍然發(fā)光發(fā)熱

有這么一款發(fā)動機，推舉著勇氣，機遇等知名航天器向著目標飛去

它就是擠壓式發(fā)動機，從1923到2023，從德爾塔II到航天飛機都有他的身影。

擠壓式發(fā)動機（pressure-feed）是一種簡單的發(fā)動機設(shè)計，是利用高壓氣體將推進劑從儲罐壓出，進入燃燒室的一種循環(huán)方式。

擠壓式發(fā)動機分為兩種——單組元擠壓發(fā)動機和雙組元擠壓發(fā)動機。顧名思義，單組元擠壓發(fā)動機僅使用一種推進劑，而雙組元發(fā)動機使用兩種不同的推進劑。

單組元擠壓循環(huán)發(fā)動機

單組元擠壓循環(huán)發(fā)動機，與冷氣推進器非常相似。發(fā)動機仍然有一個充滿高壓惰性氣體的儲箱。然而，此外，還有一個裝有推進劑的低壓罐，通常是肼（N2H4）。單組元擠壓機通過打開從儲箱到發(fā)動機的閥門，同時保持儲箱的壓力。它們還調(diào)節(jié)高壓罐和儲箱之間的另一個閥門。這種高壓罐一般裝有化學活性不強的高壓氣體，如氮氣或氦氣。單組元擠壓機比冷氣推進器更有效。這是因為它們通過在催化劑床上運行來利用所用推進劑的一些化學能，壓力也更高。肼是最常見的單組元推進劑之一。它流經(jīng)注入銥的氧化鋁床，這是一種強大的催化劑。由此產(chǎn)生的反應(yīng)將肼中的化學能轉(zhuǎn)化為動能。然后，發(fā)動機產(chǎn)生壓力將高溫氣體排出。

復合材料纏繞壓力容器（COPV）

簡單來說就是一個提供壓力的瓶子

與來自冷氣體推進器的稀薄氣體相比，使用密度更高的液體推進劑會產(chǎn)生更高的效率。這導致相同質(zhì)量燃料的油箱更小。結(jié)果比冷氣體推進器的比沖高約三倍。因此，單槳壓力供給發(fā)動機是反應(yīng)控制推進器（RCS）的一個很好的選擇。航天器使用RCS進行姿態(tài)控制和精細平移。當簡單性和可靠性最重要時，這種發(fā)動機也很好。

當環(huán)境需要大型、輕型、加壓容器來運輸流體和氣體時，您需要一個安全、可靠且結(jié)構(gòu)壽命長的存儲容器。在這些情況下，最好的選擇自然是COPV。當發(fā)射到太空或以其他方式運輸潛在危險物質(zhì)時，安全高效的加壓容器是一種必要的需求。如果在這些應(yīng)用過程中發(fā)生泄漏，顯然會在多個層面上是災(zāi)難性的；例如，如果發(fā)生泄漏導致的爆炸，您可能會面臨生命、設(shè)備、聲譽和財務(wù)資源損失的風險。（你猜猜這段是從哪里截的）

而COPV也有闖大禍的時候。2016年，一發(fā)F9因為二級COPV的問題而爆炸

雙組元推進劑擠壓循環(huán)發(fā)動機

雙組元推進劑擠壓循環(huán)發(fā)動機，與單組元擠壓機基本相同。顧名思義，區(qū)別在于一對燃料箱和加壓箱。一組儲存燃料，另一組儲存氧化劑。它們?nèi)匀徊捎门c單組元擠壓機和冷氣推進器相同的原理。這就是唯一的活動部件是簡單的閥門。與單組元擠壓機的不同之處在于，這些發(fā)動機可以使用更有活力和更有效的推進劑。例如四氧化二氮（NTO）和不對稱甲基肼（UDMH，偏二甲肼），甚至甲烷和液氧。大多數(shù)雙組元推進劑系統(tǒng)將利用自燃推進劑，因為它們簡單。自燃推進劑是相互接觸時自燃的推進劑。任何使用自燃的系統(tǒng)都非常簡單可靠，因為它不需要點火源。

優(yōu)點

擠壓循環(huán)最主要的優(yōu)點還是避開了結(jié)構(gòu)復雜的渦輪泵，可以大幅降低發(fā)動機的制造成本和復雜程度。這種火箭發(fā)動機十分輕便簡單，易于制造，非常適合經(jīng)驗不足而正在研發(fā)小型火箭的研發(fā)商。

缺點

但是由于儲罐需要承壓，壁厚較大，因此消極質(zhì)量較大，火箭干質(zhì)比較低；為避免干質(zhì)比數(shù)據(jù)過于難看，增壓氣體壓強不能太大，又限制了燃燒室壓強，導致性能較低，不能運用在大型的高性能發(fā)動機

因此，運載火箭通常不使用壓力供給發(fā)動機。然而，幾乎每個航天器都使用它們。比如說航天飛機上的OMS（軌道機動系統(tǒng)，即為兩臺裝在尾部的AJ10-190）。

V2

現(xiàn)代彈道導彈和運載火箭的鼻祖可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間，德國人發(fā)明的V-2彈道導彈。而V2導彈使用的發(fā)動機就是一臺液氧乙醇擠壓機，可以被認作第一枚使用擠壓循環(huán)的導彈。

V2導彈使用33.3%的高錳酸鈉溶液和80%的過氧化氫溶液為壓力源，二者接觸后產(chǎn)生大量氣體，使其推動儲箱內(nèi)工質(zhì)流動。但當時的工藝技術(shù)和材料學并不發(fā)達，導致其極易出現(xiàn)各種問題導致發(fā)射失敗，也正虧如此，同盟國的民眾避免了被屠戮的命運。

AJ-10家族

AJ(AeroJet)10是世界上最早將擠壓循環(huán)運用于航天的發(fā)動機。最初是為先鋒號設(shè)計的，后來發(fā)展成為Able和Delta上面級所用的版本。先鋒號的發(fā)動機是AJ10-37;適用于后來的 Able 型號 是AJ10-41 和 AJ10-42(均使用RFNA/UDMH)。

1957年8月4日，空間技術(shù)實驗室（后來的TRW）副經(jīng)理Paul Degarabedian提出了一種結(jié)合空軍雷神中程彈道導彈的美國月球/行星際運載火箭作為海軍先鋒衛(wèi)星發(fā)射器的第二級和第三級。這個想法并沒有通過，但一個月后，他提出了一個兩級雷神先鋒火箭模型，他稱之為雷神A或Able，用于測試洲際彈道導彈彈頭的次尺度模型。這引起了人們的興趣，并在一個月內(nèi)向Aerojet下了幾個先鋒號二級的訂單。STL團隊使用了雷神自己的制導系統(tǒng)，并在內(nèi)部構(gòu)建了有效載荷接口艙和彈射執(zhí)行器。此外還需要增加1公斤壓載物，以防止兩級火箭的殘骸超過其南大西洋的既定落區(qū)并墜落在非洲。

STL電子實驗室的喬治·穆勒（George Mueller）后來成為美國宇航局阿波羅計劃的重要經(jīng)理，被任命為這個價值55億美元的機密計劃的項目經(jīng)理。Aerojet的 Able上面級的第一次測試于21年1958月4日開始。三周后，綜合測試完成，助推器被宣布準備飛行——距離構(gòu)思僅四個月！

以下是AJ-10發(fā)動機的主要型號

AJ-10-138

使用NTO?/ Az-50（四氧化二氮/混肼-50.混肼-50是肼和偏二甲肼的50/50重量份混合物，上世紀50年代末由美國通用航空噴氣公司研制，高能，廣泛用作火箭燃料，混肼對肼冰點過低的問題進行了改性，比肼更穩(wěn)定，比單純UDMH具有更高的密度和沸點，提高了安全性，并允許用作發(fā)動機中的循環(huán)冷卻，采用四氧化二氮作為氧化劑。在大力神火箭等美系毒發(fā)中均采用此燃料。）火箭發(fā)動機。停產(chǎn)。最初是為Vanguard和Able開發(fā)的。在 Transtage 中使用了兩個，推力從 3540 kgf 增加到 3628 kgf，具有更高的比沖。1964-1980年飛行。用于泰坦IIIC，泰坦IIIA，泰坦3C7。

AJ10-131

使用NTO?/ Az-50，用于阿波羅飛船服務(wù)艙。

OME AJ-10-190

NTO?/ MMH甲基肼火箭發(fā)動機。研究 1972.用于航天飛機軌道飛行器軌道機動系統(tǒng)吊艙的發(fā)動機，用于軌道插入、機動和再入起始。1981年首飛。

推力：26.70千牛

干重：118 千克

比沖：316 秒。

高度：1.96 米

直徑：1.17 米

航天飛機軌道飛行器軌道機動系統(tǒng)（OMS）中使用的發(fā)動機。航天飛機軌道飛行器攜帶兩個OMS吊艙（由Aerojet創(chuàng)造的名稱），每個吊艙都有一個Aerojet OME發(fā)動機，用于入軌機動，變軌和再入啟動。與其他航天飛機硬件不同，宇航員對這些發(fā)動機非常有信心，因為它們很簡單。這并沒有阻止美國宇航局多次研究用復雜的泵送或低溫發(fā)動機替換它們，以獲得（不必要的）高性能。

在航天飛機計劃的生命周期內(nèi)，發(fā)動機從未出現(xiàn)故障，也從未需要更換。它們被設(shè)計為能夠在太空中執(zhí)行100次任務(wù)和500次啟動。Rocketdyne制造了SSME航天飛機主發(fā)動機，應(yīng)該具有類似的可靠性。但并不是這樣，Rocketdyne幾十年來在SSME維修，翻新和改進合同中獲得了數(shù)十億美元的回報。而Aerojet的發(fā)動機不需要這些，可靠的設(shè)計也不需要再進一步改進。

首飛于1987年12月7日，用于哥倫比亞號上。冷卻方式：腔室燃料再生，輻射散熱。

AJ-10-118K

該發(fā)動機使用NTO?/ AZ-50作為工質(zhì)。

推力：43.40千牛

無燃料質(zhì)量：98 千克

比沖：321 秒

?直徑：1.70 米（5.50 英尺）

膨脹率：1：8

它針對高海拔運行進行了優(yōu)化。氧化劑流速為1.50千克/秒。 燃料流速為76.1千克/秒。 混合比：9.1：43。室壓：84.500個大氣壓。 冷卻方式：燒蝕，輻射散熱，發(fā)動機未使用再生冷卻。它在燃燒火焰前沿使用由橡膠改性的二氧化硅酚醛制成的燒蝕劑。

YF-50

使用NTO/MMH作為燃料，該系列多用于我國航天器和上面級（遠征系列）

資料稀少*竊密必被抓，抓住就殺頭

結(jié)語

擠壓循環(huán)自從人類使用液體化學工質(zhì)時就開始被使用，其結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，技術(shù)難度低，為眾多國家的航天之路鋪下了墊腳石。雖然性能不如分級和閉式，但它仍然在需要它的領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱。

因為它的特點，也使許多商業(yè)航天企業(yè)邁上了飛向天空的征程。

寶刀未老，擠壓循環(huán)的未來仍然值得期待。

本文部分資料來源

http://www.astronautix.com/

https://sat.huijiwiki.com/

https://everydayastronaut.com/

液體火箭發(fā)動機循環(huán)【航天科普1】

擠壓循環(huán)發(fā)動機熱力學模型

特別感謝

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beyond 又花5塊錢買了篇P用沒有的論文（惱