中国载人登月技术再突破！全新火箭即将面世，(2)

那么火箭是如何启动涡轮泵的？这个时候就需要一部分燃料形成高温燃气推动涡轮的叶片旋转。而涡轮泵也成为液体火箭唯一高转速带负荷的运动部件，相当于整个火箭的心脏。涡轮泵承受的压力自然也不小，因为涡轮要产生较大压力，轴承的转速可要达到每分钟几万转，加上需要高温燃气驱动，涡轮叶片需要承受高温热烧蚀和高温气体带来的冲击。

与此同时，部分燃料在预燃室产生高温燃气，推动泵的运转，这就是火箭喷管刚开始会产生白烟才能启动的原因。但是火箭内部燃料其实不富裕，这部分燃料如果不被充分使用，确实会造成浪费，火箭的效率也会被影响。

而且绝大多数火箭事故都是涡轮的锅，因为液体燃料在达到泵的叶轮附近时，尤其是离心泵的叶轮是进口是压力最低的地方，部分液体燃料会瞬间气化形成气泡，这些小气泡随液体流到泵的高压区时会受压破裂，带动燃料如同液体子弹一般的打击金属表面，造成设备损伤。

简单理解为水加热到100℃时，水沸腾后会有水蒸气。如果温度在20℃以下，我们将压力降低到0.024个大气压，水也能沸腾成为水蒸气。这就是高中学的理想气体状态方程pV=nRT。

那么如何给涡轮减负的同时还能提火箭发动机的效率，就成了各国火箭专家研究的课题，所以部分分级燃烧循环技术也因此诞生。

部分分级燃烧循环技术的主要优势是，将预燃的燃气和热量都通过燃烧室排出，这样预燃带动泵产生的能量基本没有损失的情况下，还提升了燃烧室的室压，提高了火箭发动机的效率，因此这种循环也常称为“闭式循环”。

燃烧室的压力提高，所以更大膨胀比的喷嘴可以用在火箭发动机上。

但这套系统的缺点也不少，首先对于涡轮机的工作环境要求更加苛刻。以前在火箭预燃室和主燃烧室相对分离，所以设计师有多一个自由度，按照需求可以进行更改缩放。但是在分级燃烧循环中，预燃烧室和主燃烧室必须绑定，所以在工作时，提高泵的效率，就必须增加管线输送燃气，增加了不少的反馈控制循环，使整套系统的复杂性大幅提高。

为了进一步提高效率，全流量分级燃烧循环技术出现了，和部分分级燃烧循环技术区别在于氧化剂和燃料由两个动力涡轮机供压，同时有两个预燃室 。

一个叫富燃预燃室，用于驱动燃料泵启动；另一个叫富氧预燃室，用于驱动氧化剂泵，涡轮排出的富燃燃气和富氧燃气同时进入燃烧室进行二次燃烧，并通过喷管产生推力。 因为是两个泵，所以100%的推进剂会通过涡轮这样的情况下涡轮工质的做功得到提高的同时，涡轮工质的温度可以更低。

全流量分级燃烧循环系统并没有装在全世界所有火箭上，因为该系统两侧预燃烧室过于富油或过于贫油，都会导致燃烧稳定性都很差，很难让发动机在额定工况下长时间稳定工作。

YF-100为了解决该问题主涡轮泵两台，其中氧泵为单级，煤油泵为两级，均为预燃室富氧燃气驱动，采用混合比和推力技术解决相关问题。并且YF-100可以单向或双向摇摆，实现推力矢量以控制火箭姿态。

相比之下，猎鹰火箭虽然厉害，但是它的梅林-1D发动机技术却极为落后，使用的是老款发动机，没有使用分级燃烧循环技术，所以比冲和推力自然相对YF-100较低。但是梅林-1D发动机的结构简单，体积非常小，使用先进材料反而让梅林-1D发动机的推重比达到155，改进型能达到180，这完全和我们的YF-100相反。

因为梅林-1D体积小，推力小，所以“重型猎鹰”启动时，要点火27个发动机，这对于系统的复杂程度是个不小的挑战。但是“梅林”发动机结构简单，所以可靠性比极高。而且加装了针栓式喷注器，可大范围调整涡轮泵的流量，使“重型猎鹰”在推力调节和燃烧稳定性方面表现优异。

文章来源：《测井技术》 网址: http://www.cejingjishu.cn/zonghexinwen/2021/1114/388.html