导读世界上最大推力火箭发动机是哪个国家的F-1火箭发动机美国研制的世界最大推力单室液体火箭发动机,用于土星5号火箭,单台推力700吨,使用煤油做燃料,液氧为氧化剂。F-1的详细数据...

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世界上最大推力火箭发动机是哪个国家的

世界上最大推力火箭发动机是哪个国家的

F-1火箭发动机

美国研制的世界最大推力单室液体火箭发动机,用于土星5号火箭,单台推力700吨,使用煤油做燃料,液氧为氧化剂。

F-1的详细数据:

燃烧形式:燃气发生器开式循环,液-液燃烧

推进剂:煤油-液氧

推力:海平面690.988吨

真空 793.683吨

比冲:海平面255.4秒(70台发动机平均值)

真空 304.1秒

直径:3.645米

长度:5.598米

总重:8451.66公斤

工作时推进剂流量:煤油:838.2公斤/秒,液氧1784.7公斤/秒

涡轮泵功率:46225千瓦

设计启动次数:20

设计寿命:2250秒

RD-170火箭发动机

俄罗斯研制的世界最大推力液体火箭发动机,使用煤油+液氧,单台推力800吨(采用四燃烧室,四喷嘴设计,也有人认为它是四台发动机并联,但共享燃气发生器和涡轮泵),用于能源号运载火箭和天顶号运载火箭(RD-171火箭发动机,对RD-170的改进型)第一级。

其衍生型号有RD-180火箭发动机,推力400吨,相当于把RD-170一分为二,双燃料室,双喷嘴。用于美国擎天神II和擎天神III运载火箭的第一级。

RD-191火箭发动机,单台推力200吨,单室单喷嘴,相当于把RD-170再一分为二,用于俄罗斯安加拉运载火箭。RD-191的衍生型号RD-151被出售给韩国,用于罗老号运载火箭的第一级。

RS-68火箭发动机

美国研制的世界上最大推力液氢液氧发动机,推力300吨级,用于德尔它四号运载火箭的第一级。

RD-0120火箭发动机

俄罗斯推力最大的液氢液氧火箭发动机,推力200吨级,用于能源号运载火箭的主发动机。

航天飞机主发动机(SSME)

美国航天飞机的主发动机,使用液氢液氧,推力200吨级,最大的特点是可重复使用。

航天飞机固体火箭发动机

世界上推力最大的火箭发动机,单台推力高达1200吨,可重复使用10次,用于美国航天飞机捆绑助推器,其改进型用于战神1号火箭主动机和战神5号火箭捆绑助推器。

向左转|向右转

导弹推进系统的组合发动机

为弥补冲压喷气发动机的缺点,由两种喷气发动机组合而成。通常有整体式火箭 /冲压发动机、火箭冲压组合发动机和套管火箭发动机等类型。它兼有火箭发动机和冲压喷气发动机的某些优点。随着战术导弹向超音速、远射程发展,研制组合发动机有可能成为战术导弹推进系统的一个重要发展方向。

根据对导弹战术技术要求的不同,在导弹设计过程中选用不同的推进系统。小型的战术导弹要求机动性好和发射准备时间短,如空空导弹、地空导弹和反坦克导弹等一般采用固体火箭发动机。战略弹道导弹要求运载能力大,需选用大推力的固体或液体火箭发动机,甚至把几个发动机并联起来工作。多级导弹则要求上面级的发动机具有真空中正常点火和持续工作的能力。对于在大气层内飞行的巡航导弹,以选用耗油率低、工作时间长的空气喷气发动机为宜。但不论选用哪种发动机,都要求可靠性高、推进剂能量高、发动机效率高、重量

战略弹道导弹的特点

弹道导弹特点:

1.

导弹沿着一条预定的弹道飞行,攻击地面固定目标。

2.

通常采用垂直发射方式,使导弹平稳起飞上升,能缩短在大气层中飞行的距离,以最少的能量损失克服作用于导弹上的空气阻力和地心引力。

3.

导弹大部分弹道处于稀薄大气层或外大气层内。因此,它采用火箭发动机,自身携带氧化剂和燃烧剂,不依赖大气层中的氧气助燃。

4.

火箭发动机推力大,能串联、并联使用,可将较重的弹头投向较远的距离。

5.

导弹飞行姿态的修正,用改变推力方向的方法实现。

6.

弹体各级之间、弹头与弹体之间的连接通常采取分离式结构,当火箭发动机完成推进任务时,即行抛掉,最后只有弹头飞向目标。

7.

弹头再入大气层时,产生强烈的气动加热,因而需要采取防热措施。

8.

导弹无弹翼,没有或者只有很小的尾翼,起飞质量和体积大,结构复杂。

9.

为提高突防和打击多个目标的能力,[2]

战略弹道导弹可携带多弹头(集束式多弹头或分导式多弹头)和突防装置。

10.

有的弹道导弹弹头还带有末制导系统,用于机动飞行,准确攻击目标。

弹道导弹(ballistic

missile)是一种导弹,通常没有翼,在烧完燃料后只能保持预定的航向,不可改变,其后的航向由弹道学法则支配。为了覆盖广大的距离,弹道导弹必需发射很高,进入空中或太空,进行亚轨道宇宙飞行;对于洲际导弹,中途高度大约为1200公里。洲际导弹一般都是有核国家才配备,被视为核三位一体的最基础一极,战略弹道导弹通常用来用于打击政治和经济中心、军事和工业基地、核武器库、交通枢纽等目标。

并联30台发动机,史上推力最大的火箭—苏联N1重型运载火箭!

1957年10月4日,苏联成功发射了全球第一颗人造地球卫星,从此人类正式拉开了航天时代的序幕。与此同时,正处于冷战期间的美苏两国也开始了白热化的太空竞赛,在那个剑拔弩张的时代,第一次成功发射卫星、第一次进入外太空、第一次太空漫步、第一次拍到月球背部照片的苏联曾一度占尽优势。

不过,苏联的在太空竞赛中的优势并不是绝对的,1969年7月21日美国“阿波罗11号”航天员阿姆斯特朗在月球上率先踏出了“这是个人的一小步、却是人类的一大步”,那为何在太空竞赛中曾一度占尽优势的苏联人,最终在载人登月中败下阵来,苏联的载人登月火箭又在哪里?

其实,苏联的载人登月计划并不是在美国公布“阿波罗”计划(肯尼迪于1961年宣布)后才开始的,早在1958年第一颗人造地球卫星刚刚发射不久,苏联科学家就开始对运载火箭进行改进,使之适合发射月球探测器;1959年,科罗廖夫就开始着手重型运载火箭的研发,不过该火箭最初是为了向火星发射无人重型探测器准备的。

然而,美国“阿波罗”登月计划的宣布不得不让苏联人加快,1962年1月份,科罗廖夫设计局针对苏联的“登月计划”对N1运载火箭进行了多次改进,并计划在1967-1968年间赶在美国之前,由科罗廖夫负责的N1-L3运载火箭将第一个苏联人送上月球。

N1运载火箭可以说是苏联整个“登月计划”的核心,该火箭全高105米(相当于30层楼的高度)、最大直径约为17米,整体外形类似一个圆锥体,最大发射质量约为2800吨,最大推力约为4500吨(是人类 历史 上设计推力最大的运载火箭)、低地球轨道的运载能力为90吨;N1整体由运载部分和上面级部分构成,而运载部分包括三级运载火箭,上面级则包括月球轨道器、登月飞船等。

其中,N1运载火箭运载部分的第一级火箭全高约30米,底部直径17米、顶部直径约为10米,并用于二级火箭的连接。N1运载火箭的第一级是由30台液氧/煤油NK-15发动机(后来升级为NK-33,单台推力1510千牛)并联而来的,其中外环的24台发动机用于控制火箭的俯仰和偏航、中间6台发动机则用来控制火箭的转;

而N1火箭的二级火箭全长为20.5米,由8台NK-15V液氧/煤油发动机构成(后改为NK-33的改进版NK-43),NK-15V/NK-43发动机在核心上本就与NK-15/NK-33相同,只是N1火箭的第二级是在真空环境中工作的,为此扩大了喷口、增加了推力(1754千牛);

N1火箭的第三级是该火箭运载部分中最小的一级,全长约为11米,由4台NK-21液氧/煤油火箭发动机构成,该级火箭是用于将N1运载火箭的上面级里的月球轨道探测器、月球飞船送入地球轨道,全程在真空中工作,而NK-21发动机的单台推力只有402千牛。

1967年11月份第一枚N1运载火箭就下线到发射平台进行了联调测试,成功后又拉回厂房;1968年5月份,第一枚N1火箭又被拉到发射台,准备进行第一次发射,但在发射前的检查工作室时,N1火箭被发现外壳出现裂痕,被迫拉回厂房推迟发射;之后,又发生了几次类似的事故,导致N1火箭一直未能如期发射。

终于在1969年1月份,第一枚N1火箭被矗立在了发射台,但此时的N1火箭其实仍没有完全准备好,全部30台NK-33发动机都是刚出厂大多未进行过点火测试的(这也为后来的事故埋下了隐患),在经过了4个星期的风吹日晒后,N1火箭终于迎来了发射的日子,却遇到了大雨,发射被迫暂停。

但此时苏联高层却等不及了(因为此时的美国的土星-5号已经完成了多次发射,而且此次N1火箭直接携带了联盟7K-L1登月飞船,跳过了一些必要的步骤),要求一天之内必须发射成功。1969年2月21日N1火箭第一次发射,6秒后2台发动机熄火(30台发动机有动力冗余,其实影响不大)、25秒传感器传来燃烧室压力不足(涡轮泵自动增大功率)、66秒剩余28台NK-33发动机功率过载管路系统出现高频振动、69秒火箭发射大爆炸,此时N1火箭飞到了12200米高空,N1火箭第一次发射宣告失败。

1969年7月3日,第二枚N1火箭被拉到了发射台,意图在美国“阿波罗11号”之前完成发射,可是在点火后的第6秒,一枚螺丝钉被引入了油料泵中(事后分析得知的),控制系统紧急关闭29台发动机,N1火箭从200米坠入地面在地面引起了大爆炸,N1火箭第二次发射宣告失败。

之后,美国“阿波罗11号”成功发射并在1969年7月21日登上月球,美国人赢得了美苏两国的载人登月竞赛,苏联也开始能稍微静下心认真分析N1火箭的问题了,这一分析就是2年的时间,1971年6月27日第三枚N1火箭发射,这一次经过重新设计后的动力系统没有再出现问题,而是控制系统故障导致第三级火箭启动自毁程序,整个火箭发生爆炸,N1火箭第三次发射再次宣告失败。

又经过1年的时间,苏联科学家对N1火箭进行了多项改进,1972年11月23日第四枚N1火箭携带联盟7K-L3登月飞船点火发射,在第一级火箭工作的前90秒时间内一切正常,在对内环6台NK-33发动机进行程序性关闭时,管路系统产生了超乎预期压力并开始破裂,第一级火箭底部着火,经过大火持续的炙烤N1火箭再次发生爆炸。

此时N1火箭已经飞到40千米处的高空,再过10秒左右的时间一二级火箭就该进行分离了,这也是N1火箭最接近成功的一次发射,但最终还是失败了,并成为N1火箭的最后一次发射。

从主观上来说,N1火箭的频繁失败与研发时间短、总设计师换人等有着很大的关系,N1火箭本是科罗廖夫设计用来发射重型火星探测器的,但在美国宣布“阿波罗”登月计划后,1962年临危受命拿来用于载人登月,并且只给出了5年的研发时间就要进行载人登月,时间紧迫使得N1火箭的整体方案都比较仓促。

更重要的是,1966年科罗廖夫去世,设计师瓦里西·米申接手了N1运载火箭的设计工作,他与科罗廖夫的设计理念不一致并发现了N1火箭的上面级部分严重超重,所以他带领团队对N1火箭的进行了“魔改”,不仅大改了NK-15发动机,还直接将科罗廖夫设计的N1火箭的第一级并联的24台发动机增加到了30台。

从客观上来说,N1火箭的前两次和第四发射失败都是由“并联”多台发动机造成的,第一级30台发动机并联不仅让N1火箭的结构设计变得非常复杂,复杂的发动机群设计也导致输送推进剂的管道设计也很复杂,同时多台发动机“并联”也大大降低了N1火箭整体的稳定性,因为一台发动机发生故障便会引发连锁反应。

就N1火箭第一级“并联”30台发动机这一问题,从概率论的方向来看,假设一台发动机的稳定性能达到99%,30台发动机“并联”之后,其整体可靠性也就降到了74%,这也就大幅度增加火箭发生异常的情况;另外,多台发动机“并联”也会导致耦合共振的问题,进一步诱发火箭发射故障。

此外,N1火箭的发射也缺少必要科学试验步骤,在N1火箭第一次发射前,第一级的30台发动机在地面从未进行过同步点火测试,序列号N1-1L的第一枚N1火箭在进行地面测试时,只对第一级30台发动机中的四分之一进行了测试,而第一次发射时使用的第一级的30台发动机大多数都是崭新的。

不过,N1火箭失败多年以后的今天,马斯克的重型猎鹰运载火箭并联27台发动机依然取得了成功,这也说明并联多台发动机的运载火箭并不是都不靠谱,经过成熟的科学试验后,运载火箭并联多台发动机发动机也是可以的。

四次发射,四次失败,现实总是那么残酷,N1重型运载火箭纵然有着再强大的推力、再先进的性能,它最终还是走向了终结。而N1火箭作为苏联整个载人登月计划的核心,它的失败也直接导致了苏联登月计划的无疾而终。另外,N1火箭的失败,也说明了航空航天领域是没有捷径可走。

我国导弹发展史

在从近程导弹到远程导弹再到洲际导弹的发展历程中,中国先后突破了火箭发动机并联技术、大推力发动机技术、先进结构技术、多级火箭技术、稳定与控制技术、高空发动机技术、再入防热技术等关键难题。1966年12月26日,中程导弹进行首次试验;1969年11月16日,中远程导弹首次试射;1971年9月10日洲际导弹首次试射;1980年5月18日洲际导弹进行了首次全程试射试验。中远程和洲际导弹的研制成功,为中国航天运载技术打下了坚实的基础。中国第一种运载火箭“长征”1号是在中远程导弹基础上改进而来的,“长征”2号系列则是在洲际导弹基础上改进的。直到目前,“长征”2号仍是中国“长征”系列火箭家族中的核心成员。

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