火箭发动机的类型和特点有哪些？

火箭发动机的类型和特点有哪些？

火箭发动机，有固体火箭发动机和液体火箭发动机两大类。

固体火箭发动机，推进剂是铸造成柱形的固体，中空，也叫药柱，药柱是由燃料和氧化剂组成的配比混合物。优点是常温下具有较好的安定性，力学性能、抗老化性能好，能长期贮存，排烟少，信号特征低，能实现快速连续发射。因此被广泛用于战略、战术导弹和火箭弹，是典型的“大规模杀伤性武器”。缺点是比冲低，工作时间短，推力调节难度大，重复启动困难，不利于航天工程。

液体火箭发动机，推进剂中的燃料和氧化剂在进入燃烧室之前分箱贮存，进入燃烧室后雾化混合燃烧。优点是比冲高，工作时间长，易实现多次启动和推力调节，SpaceX公司还实现了箭体和发动机回收后多次使用。缺点是结构复杂，贮箱设计要求高，燃料不易长期贮存，紧急情况下也难以快速发射。在火箭发展早期，液体火箭主要用于战略导弹，七十年代后，主要用于航天工程。

八十年代以来，重型运载火箭的发展方向，有固液结合型趋势，主箭体(芯级)为液体火箭，捆绑的助推器为固体火箭。固体火箭推力能做到很大，远超液体火箭最大推力，成本又低，这样可以发挥固体火箭优点，又回避了缺点，形成重型火箭总体优势。最早采用这种结合方式的是美国的航天飞机发射，芯级采用三台液体发动机，总推力540吨，捆绑两台固体火箭助推器，单台推力1200吨，航天飞机发射总推力2940吨。美、欧、日、印等国现使用的重型火箭都是这种构型。

“净推力”和“比冲”，是衡量火箭发动机性能的最重要指标参数。

净推力越大，设计制造难度越大，对所用材料的要求也越高。当年，美、苏登月竞赛中，苏联失败的原因就是没能造出超大推力发动机。至今，设计制造出超级大推力火箭发动机的国家，也仅有美国和俄罗斯（前苏联）。

“比冲”的定义是单位推进剂所产生的冲量，单位为米/秒(m/s)或牛•米/千克(N•m/㎏)。工程上习惯使用“秒”来做单位，意即一千克质量的推进剂持续产生一千克力推力的时间。

“比冲”直接影响火箭的射程和有效载荷。比冲越高，效率越高，亦即推进剂质量不变却产生更大冲量。比冲分为海平面比冲和真空比冲，一个表示火箭发动机的地面效率，一个表示发动机的空间效率，空间效率比地面效率普遍高9～12%左右。比冲决定于发动机的结构设计、工作参数，更决定于采用的推进剂种类。

液氢是比冲最高的火箭燃料，也是唯一比冲超过400的燃料，比煤油的比冲高30%以上，并且对环境无污染，燃烧产物为水蒸汽。掌握氢氧发动机技术是一个国家成为航天强国的标志之一。研制大推力氢氧发动机是国内外液体火箭发动机技术的发展趋势。 氢氧发动机实现难度很大，但各航天大国都不惜巨资投入，发展氢氧发动机。

煤油液氧发动机投入使用时间很早，五十年代，美、苏即研制成功并投入使用，五十年代后期，美、苏研制的第一代洲际导弹即采用煤油液氧发动机，只因液氧加注时间长达20小时，导弹并无实战能力，转而研发肼燃料，在航天领域，煤油液氧发动机的应用和开发并未停止，至今仍是中、俄、SpaceX公司航天工程的主力。

苏联第一代运载火箭“东方号”，就采用煤油液氧发动机。1961年4月12日，苏联宇航员加加林，乘坐“东方号”运载火箭进入300公里的地球轨道，环绕一圈，安全返回地面，实现了人类进入太空的梦想。

进入六十年代，美、苏展开登月竞赛。美国登月的“土星5号”一级发动机用的是液氧煤油发动机，上面级用的是氢氧发动机。

“土星五号”运载火箭起飞推力3400吨，采用5台F-1煤油液氧发动机做为一级起飞动力，“土星五号”共发射17次，全部取得成功，可靠性极高。F-1发动机由美国洛克达因公司研制，海平面比冲263秒，海平面推力达680吨，至今仍是推力最强大的单燃烧室液体火箭发动机。

前苏联当时缺乏超大推力发动机，担负登月任务的是科罗廖夫主持设计的N-1火箭，火箭第一级采用30台推力140吨的煤油发动机并联方式，由于并联发动机数量过多，导致可靠性下降，N-1火箭4次发射全部失败，前苏联被迫放弃登月计划。

登月失败后，前苏联投入极大人力、物力，研发大推力煤油液氧发动机，至八十年代中期，研制成功一批达到极高技术水平的发动机，佼佼者是RD-170，采用四个燃烧室，海平面比冲311秒，真空比冲338秒，最大推力800吨，是史上推力最大的液体火箭发动机。由于推力过大，应用受限。研制人员采用两个燃烧室，衍生出RD-180，推力423吨，采用单燃烧室，衍生出RD-191，推力212吨，扩大了应用范围。

我国引进了RD-180发动机，我们的登月计划，一级火箭发动机的设计参考了RD-180。