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? ?我們之前提到過，泵通常需要大量能量。泵必須運行得足夠快，以便在所需的壓力下將推進劑推入燃燒室。

? ? ? ?電池能量密度低于碳氫化合物能量密度。因此，可以在較小的燃燒室中燃燒一些推進劑，從而產(chǎn)生廢氣，然后將將這些廢氣通過旋轉泵的渦輪機，以產(chǎn)生所需的功率。

? ? ? ?這是開式循環(huán)的基礎，也稱為燃氣發(fā)生器循環(huán)。德國設計的V-2火箭為A4發(fā)動機提供動力，就是一個早期的例子。為了驅(qū)動發(fā)動機上的泵，他們沒有使用主油箱中的任何推進劑。相反，他們使用了高濃度的過氧化氫H2O2（富含氧氣）。他們將其傳遞到高錳酸鉀顆粒的催化劑上。這引發(fā)了化學反應，在高壓下產(chǎn)生熱量和蒸汽。這種蒸汽有足夠的能量來旋轉渦輪機，以正確的速度驅(qū)動泵。

? ? ? ?水星紅石火箭也使用了這種技術。它今天仍在聯(lián)盟號火箭上使用，為RD-107A和RD-108A發(fā)動機提供動力。然而由于效率低下，我們?yōu)槿細獍l(fā)生器提供與主發(fā)動機分開的推進劑系統(tǒng)。

? ? ? ?該循環(huán)一般從主油箱中取出少量推進劑。然后將這些推進劑傳遞到氣體發(fā)生器中。這會產(chǎn)生高壓廢氣，驅(qū)動渦輪機為泵提供動力。在現(xiàn)實中，這比理想量的氧化劑需要更多的燃料。也就是說，在該循環(huán)中化學反應最有效的理想選擇是富燃燃燒，這會降低氣體發(fā)生器中的溫度，溫度降低對于避免對渦輪機產(chǎn)生熱損大有脾益。

?? ? ? 燃氣發(fā)生器的動力由泵供給 - 但這提出了一個問題。氣體發(fā)生器為泵提供動力 ，可是是什么讓燃氣發(fā)生器開始工作的，或者是說我們首先如何開始這個過程？

? ? ? ?目前，在燃氣發(fā)生器啟動時，通常將單獨的冷氣推動渦輪機。該推進器只需要非常短暫地運行，燃氣發(fā)生器就可以自我維持。通常發(fā)動機使用氦氣作為冷氣源，該技術被稱為“氦自旋啟動”。

? ? ? ? 燃氣發(fā)生器產(chǎn)生的廢氣首先通過渦輪機。然后它們被驅(qū)逐到大氣或真空中，具體取決于哪種飛行狀態(tài)處于活動狀態(tài)。主燃燒室不使用廢氣，實際上它不無法再利用這些廢氣，這也解釋了開式循環(huán)的名稱。

? ? ? ?開放循環(huán)有一個主要缺點。它會在燃氣發(fā)生器的排氣羽流中留下大量未燃燒的燃料。我們可以在許多火箭發(fā)動機上看到這一點，在獵鷹9號上最明顯。工程師通常認為這種浪費是可以接受的，因為開式循環(huán)的簡單性相當簡單，與主油箱中的燃料總量相比，其浪費的燃料數(shù)量都是很小的。

下面列舉了幾個例子供大家參考

YF-20系列

? ? ? ??YF-20是一種常溫基礎型發(fā)動機，采用泵壓式輸送系統(tǒng)，燃料為偏二甲肼/四氧化二氮作為推進劑組合，能夠產(chǎn)生70噸級的推力。由YF-20發(fā)動機發(fā)展而來的YF-20系列發(fā)動機被長征二號、長征三號、長征四號等多型火箭所采用。

? ? ? YF-20發(fā)動機，包含YF-20A、YF-20B、YF-20C、YF-20K等多個子型號。

? ? ?它是一種類似于模塊的發(fā)動機，可以和不同發(fā)動機組成的發(fā)動機組。四個發(fā)動機并聯(lián)形成YF-21。他的高空變體被稱為YF-22，與YF-23游機配對形成 用于第二級的YF-24推進模塊。隨著時間的推移，幾個發(fā)動機性能有所提高。最后， 第二階段的發(fā)動機YF-24在1991年首次更換 通過顯著升級的發(fā)動機版本，帶有加長噴嘴主機（CZ-2E，-2F）。
?YF-23的噴管延長形成YF-23B。有著非冷卻復合噴嘴是YF-23F。

YF-209

YF-209火箭發(fā)動機是以液氧甲烷為燃料、80 噸級可重復使用發(fā)動機。

2022年，中國國際航空航天博覽會揭曉了YF-209發(fā)動機。它是我國商業(yè)航天運載火箭主要發(fā)動機，燃料為液氧甲烷，不但成本低廉，還綠色安全，無毒無污染。

2023年2月23日，由中國航天科技集團有限公司第六研究院自主研制的80噸級可重復使用液氧甲烷發(fā)動機（YF-209火箭發(fā)動機），進行了首次額定工況200秒長程試車，取得圓滿成功。該型發(fā)動機由六院11所（京）研究設計，在101所三號臺進行試車。80噸級液氧甲烷發(fā)動機是一臺以重復使用、低成本、高性能為研制目標設計的發(fā)動機。其性能和功能在現(xiàn)有發(fā)動機的基礎上均有明顯突破，具有大范圍變推力、多次起動、重復使用、故障診斷及快速測發(fā)能力，發(fā)動機整體性能、可重復使用性和可靠性大幅提高，是一款跨時代的產(chǎn)品。本次長程試車驗證了發(fā)動機額定工況下系統(tǒng)及組件的工作可靠性及變推能力，獲取了發(fā)動機性能參數(shù)，優(yōu)化了發(fā)動機關機時序，確定了發(fā)動機技術狀態(tài)，標志著該發(fā)動機向交付飛行邁出了堅實的一大步。

RD-107系列

二戰(zhàn)結束后，蘇聯(lián)在繳獲大量德軍導彈裝備后自主研發(fā)出一套發(fā)動機系列，以應對冷戰(zhàn)后西方集團對蘇的戰(zhàn)略威脅。蘇聯(lián)占領德國后，通過德國專家重新制造V2的項目被提上日程，很快就完成了蘇式V2——R1，其使用的發(fā)動機被命名為RD100，與V2的發(fā)動機大同小異。但是整機使用蘇聯(lián)工業(yè)體系提供的材料生產(chǎn)，于1948年完成試車。隨后，在RD100的基礎上，開發(fā)了RD101，這款發(fā)動機驅(qū)動了R2導彈，射程兩倍于R1。之后又開發(fā)了RD103及其衍生型號，以驅(qū)動R3系列導彈。冷戰(zhàn)開始十年以來，蘇聯(lián)的RD100-RD103都是以V2發(fā)動機為藍本設計制造的。

?依靠外國專家和落后蹩腳的技術顯然不符合蘇聯(lián)的布局，是時候自研大推力發(fā)動機了。氣體動力實驗室（OKB-456）——瓦連京·彼得洛維奇·格魯什科（Валентин Петрович Глушко）領導下的全蘇聯(lián)最優(yōu)秀的火箭發(fā)動機設計局之一——義不容辭的接手了這項重要的工作。1954年，項目開展。他們首先開發(fā)了單噴管的RD105、RD106兩種發(fā)動機，但因為燃燒不穩(wěn)定的限制，單臺海平面推力只能達到55噸左右，驅(qū)動不了超過250噸以上的R7導彈，最終項目被中止。取而代之的便是RD107和RD108，他們使用多燃燒室設計解決了前任燃燒不穩(wěn)定的問題。對比之前的發(fā)動機，兩款發(fā)動機摒棄了V2 因為散熱問題而使用梨形的燃燒室，改用圓柱形燃燒室；使用液氧煤油為推進劑代替了液氧乙醇；使用兩臺、四臺游機加以控制，代替燃氣舵；同時也保留了V2再生冷卻的冷卻方式及過氧化氫驅(qū)動渦輪泵的設計。1957年，兩款發(fā)動機同時點火，把人類第一枚洲際彈道導彈——R7——送上天空，在競賽的第一場——ICBM技術——中領跑于美國。?{此文字摘自UP主人類守望者?}

LR-79系列

洛克達因系列。最初在納瓦霍計劃中演變?yōu)樘諘r代初期美國可用的最強大的液氧煤油火箭發(fā)動機，它的后代和衍生為阿特拉斯、泰坦、雷神、土星一號、日本H1運載火箭提供了強大動力。

這是為德爾塔運載火箭提供動力的207，000磅推力的RS-27，它編制了火箭史上最穩(wěn)定和最成功的發(fā)射記錄之一，使其具有100%的可靠性。RS-27A用作Delta II系列運載火箭的主要助推推進系統(tǒng)，是該推進系統(tǒng)的最新版本。

J-2

洛克達因液氫液氧火箭發(fā)動機。用于土星IB和土星五號的土星IVB階段，以及土星五號的土星II級。1966年首飛。提出了具有降低膨脹率的海平面版本，供土星II第一階段使用。升級的環(huán)形氣釘版本（J-2T-200K和J-2T-250K）被開發(fā)用于升級到土星上級。經(jīng)過適度改進的J-2S經(jīng)過測試，并為三十年后的X-33線性氣釘發(fā)動機提供了基礎。30年后，J-2再次復活，用于將NASA的新型獵戶座載人艙送入軌道。在這種情況下，美國宇航局無法抗拒“改進”J-2S，到2007年初，戰(zhàn)神1號載人運載火箭第二階段的發(fā)動機被重新命名為J-2X，并且有很大的不同。

狀態(tài)：1966年首飛。日期：1960年。編號： 87 .推力：1，033.10kN。無燃料質(zhì)量：1，438千克。比沖：421秒。?比沖海平面：200秒。?燃燒時間：475秒。?高度：3.38米。直徑：2.01 米。

洛克達因液氫液氧火箭發(fā)動機。戰(zhàn)神一號運載火箭第二階段。2006-2016研發(fā)。最初是對 2 年代 J-1960 發(fā)動機的更新，但最終設計是全新的，推力增加了 20%，但重量增加了一倍。

推力：1，310.00 kN。比沖：448 秒。?燃燒時間：431 秒。?高度：4.70 米。直徑：3.05 米

J-2X的概念可以追溯到2005年。它開始于對J-2S的更新，J-2S是土星運載火箭上使用的J-2的簡化版本。但是，當NASA及其分包商研究設計，應用“基本”的當前技術規(guī)格，材料和標準時，他們最終的設計推力增加了3%，但重量幾乎是原來的兩倍。

J-2S在1970年代初被開發(fā)和測試，用于土星IB和土星五號運載火箭的后續(xù)生產(chǎn)運行。在進一步的生產(chǎn)被取消后，它被擱置了。一些J-2S硬件在2年代恢復用于X-33的J-1990+線性航空尖峰發(fā)動機，但這也被取消了。應該指出的是，J-2X的名稱也用于2-1964年進行的J-1967技術計劃，該計劃導致了J-2S。

作為“降低風險”的措施，美國宇航局最初決定開發(fā)兩種發(fā)動機變體，分別命名為J-2X和J-2XD。J-2X將首先開發(fā)，用于戰(zhàn)神一號上級和低地球軌道操作。它具有較低的燃燒室壓力，使用來自原始J-2發(fā)動機的渦輪泵的氣體發(fā)生器，標稱推力為1220 kN。J-2XD只有在J-2X開發(fā)完成后才會開發(fā)（如果J-2X的基本性能可以接受，也許永遠不會）。它的標稱推力為 1310 kN，通過使用更高的腔室壓力和對為 Delta IV 提供動力的 RS-68 發(fā)動機設計的氣體發(fā)生器的修改來實現(xiàn)。兩種發(fā)動機版本都使用了Mark 29氣體發(fā)生器循環(huán)系列渦輪泵設計，為J-2S開發(fā)，并在1990年代為J-2 +進一步發(fā)展。渦輪廢氣將進入噴嘴，增加推力并為噴嘴延伸提供薄膜冷卻。

主噴油器采用新設計，但包含類似于 J-2 發(fā)動機的同軸元件。主燃燒室有一個帶有銑削通道的銅襯里和一個使用為RS-68開發(fā)的方法的HIP粘合護套。兩部分排氣噴嘴使用了沃爾沃航空為Vulcain發(fā)動機開發(fā)的技術，為阿麗亞娜5提供動力。再生冷卻的上噴嘴采用了沃爾沃航空專利的夾層設計。下噴嘴延伸部分通過為Vulcain2發(fā)動機開發(fā)的渦輪廢氣的超音速薄膜噴射來冷卻。再生冷卻噴嘴的膨脹比與 J-40S 相同，為 1：2。噴嘴延伸將膨脹比提高到80：1，這種更大的膨脹比是發(fā)動機高比沖的主要貢獻者。

點火系統(tǒng)由類似于J-2設計的增強型火花點火器組成，但結合了航天飛機主發(fā)動機的改進。J-2X使用了J-2閥門設計，根據(jù)NASA2006年的密封材料和結構要求進行了更新。在可行的情況下使用了一些傳統(tǒng)執(zhí)行器，但大多數(shù)是新的或經(jīng)過修改的，以納入NASA的2006容錯要求。J-2X采用了新的數(shù)字發(fā)動機控制器，旨在滿足容錯和故障檢測、隔離和恢復要求。該系統(tǒng)使用開環(huán)控制來確保設計盡可能簡單。

即使對最初的J-2設計進行了這些實質(zhì)性的“修改”，J-2X仍然被發(fā)現(xiàn)比修改航天飛機主發(fā)動機以進行飛行重啟的原始概念便宜得多，風險也更小。

用于初始戰(zhàn)神I應用程序的J-2X可能相對簡單 - 它甚至可能不必重新啟動。然而，對于戰(zhàn)神五號月球任務地球出發(fā)階段，發(fā)動機必須在地球軌道上徘徊長達95天后重新啟動。這將需要開發(fā)新技術方法來重新化臺低溫液體的蒸發(fā)，并精心設計的熱保護系統(tǒng)來處理更極端的條件。

開發(fā)始于2005年2月，假設SSME航天飛機的衍生物將用于戰(zhàn)神I上級，J-2006衍生物將用于戰(zhàn)神五號地球出發(fā)級。到2年2月，運載火箭配置得到改進，以成本為由放棄SSME，并在兩個階段使用J-2X。在NASA內(nèi)部創(chuàng)建了一個J-2X發(fā)動機研發(fā)工作室。他們召集了一個由阿波羅時代的J-2工程師組成的“灰胡子”團隊，討論發(fā)動機的歷史問題，并提出可能的改進設計方法。該團隊還提供了阿波羅時代在測試、硬件評估、工程修復和解決問題方法方面的“經(jīng)驗教訓”的寶貴清單。

2006年2006月完成了對概念發(fā)動機設計和開發(fā)規(guī)劃的初步需求審查。使用現(xiàn)有硬件的修改對子系統(tǒng)組件的測試早在2007年2007月就開始了，新噴油器的全尺寸版本將于2008年完成并開始測試。最初的計劃計劃要求在2010年2012月進行初步設計審查，然后在2008年2月進行關鍵設計審查。第一份生產(chǎn)型產(chǎn)品將于2016年開始測試，并于2008年獲得飛行設計認證。然而，該計劃遇到了重大延誤。到2008年秋天，關于噴嘴材料的關鍵決定尚未做出，J-2X看起來像帳篷里的長桿，這是可能將獵戶座飛船首次載人飛行推遲到2022年的關鍵項目(奇怪的機翻)。

就這樣了吧，這篇專欄沒想到硬是脫了半年。本人學生黨，明年就要高考了，所以以后可能很少甚至不發(fā)專欄。這篇專欄有極大的部分引用了別人的材料和數(shù)據(jù)，如有雷同請指出。本人并非特別清楚航天發(fā)動機的某些原理，有些東西甚至是在整理時猜明白。我的語言表述能力也不太好，在閱讀這篇專欄時請勿上火（（（

以下是感謝名單和一些相關資料的出處

http://www.astronautix.com/

http://www.b14643.de/

RussianSpaceWeb.com

https://everydayastronaut.com/

蘇維埃航天圣火——RD107系列 - 嗶哩嗶哩 (bilibili.com)

液體火箭發(fā)動機循環(huán)【航天科普1】 - 嗶哩嗶哩 (bilibili.com)

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