美國空軍成功測試了先進的火箭預燃室

發布:cyqdesign 2019-10-28 12:47 閱讀:213

美國空軍研究實驗室(AFRL)已成功測試了一種有望被引入新一代高性能美國火箭發動機中的部件。該裝置稱為預燃室,可使火箭在更高的壓力下運行并獲得更大的推力。

自從Rober Goddard和Hermann Oberth等人奠定了液體火箭的理論基礎以來,工程們一直在努力研發出更強大、更高效的發動機,從而產生了令人驚訝的多樣化設計。

液體燃料火箭的一個關鍵特征是它必須能夠供給大量的燃料和氧化劑才能飛行。在最小和最簡單的發動機中,這是通過重力完成的,但對于任何實際應用,都需要某種渦輪泵以所需的速度推動燃料。問題就變成了如何運行泵?

對于大多數火箭,尤其是在美國制造的火箭,這涉及所謂的氣體發生器。用非常簡單的術語描述,進入燃燒室的部分燃料和氧化劑流被分流到燃氣發生器中,該燃氣發生器是一個小室,供有高比例的燃料和氧氣。點燃時,沒有足夠的氧氣來燃燒少量燃料,因此,剩余部分變成了氣體,然后為渦輪泵提供動力。之后,將氣體排放。

這套系統運作良好,足以在阿波羅飛行任務中幫助第一批人員前往月球,但這種燃氣發生器只能控制極低的壓力和極低的燃料流量,因此火箭的性能并非是其應有的。

但是,還有另一種方法稱為分級燃燒循環發動機,其中氣體發生器由預燃室代替。由預燃室實際上是在非常高的氧氣環境下燃燒燃料,從而為渦輪機產生高溫高壓氣體。這樣會產生更高的燃油壓力和流量,從而獲得更好的性能。另外,未燃燒的燃料被送入燃燒室而不是傾倒,以提高效率。

分級燃燒循環發動機最早是在俄羅斯開發的,AFRL非常渴望在總承包商Aerojet Rocketdyne、空軍太空司令部和空軍、導彈系統中心和美國宇航局的斯坦尼斯太空中心火箭測試設施的努力下,將其技術應用于自己的版本。其項目被稱為Hydrocarbon Boost program(HCB)。

根據美國空軍的說法,該計劃已經進行了20多年,作為生產能夠為可重復使用的航天器提供動力的美國制造火箭的目標的一部分。然而,分級燃燒循環發動機極其復雜并且存在障礙。

最大的問題之一是,預燃室必須在美國有史以來最高壓力的火箭燃燒室中,在非常熱、富含氧氣的環境中運行,這可能導致大多數金屬同時熔化和腐蝕。為了防止這種情況,AFRL轉向了以高強度和耐燃燒性著稱的超級鎳合金。由于在小型測試中表現良好,現在工程師已設法在全尺寸預燃器中成功測試它們,因為工程師們試圖更好地了解該技術的基本問題,包括燃燒穩定性和熱管理。

“ HCB預燃器突破了這些極端條件的界限,并為這些具有挑戰性的系統重新定義了最先進的技術,” AFRL航空航天系統局的火箭推進部門負責人Shawn Phillips博士說道。

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ka2012 2019-10-29 22:09
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