液体发动机优点,燃料能量密度高,比冲大,容易实现流量控制,用于机动或变轨,可随意熄火、再启动,甚至有些氧化-还原剂无需点火,只要混合就能燃烧此外最基本的液体燃料——液氢+液氧——燃烧时基本没有污染,。液体和固体火箭发动机的优缺点是什么?更多详情请大家跟着小编一起来看看吧!

液体和固体火箭发动机的优缺点是什么(1)

液体和固体火箭发动机的优缺点是什么(1)

液体发动机优点,燃料能量密度高,比冲大,容易实现流量控制,用于机动或变轨,可随意熄火、再启动,甚至有些氧化-还原剂无需点火,只要混合就能燃烧。

此外最基本的液体燃料——液氢+液氧——燃烧时基本没有污染,对环境影响较小(当然这些燃料制造时还是有很大污染的)。

美国即将退役的航天飞机,主燃料箱使用这种燃料,太空机动发动机使用的也是液体燃料。

液体发动机缺点,燃料不利贮存,大都在发射前加注,很多燃料带腐蚀性、毒性,具有易燃易爆等特征,早期弹道导弹都是液体燃料,也经常由此出事故,后来向固体燃料抓便就是这个因素。

美国航天飞机发射前加注液氢液氧,如果因天气原因暂缓发射,还得把它们抽回来,注明的39A和39B发射台,边缘各有两个燃料贮存球,就是专门给航天飞机这个大肚量用的。

固体发动机优势,基本就是液发的缺点,乃贮存、安全、机动性好,被首先用于军事话,目前美国好像除了鱼雷,所有火箭和导弹燃料都已经固体化,而且有人也在开发双推力固体火箭。这玩意还是很有前途的。

固体发动机缺点,比冲较低,能量密度不如液体燃料,无法实现流量控制,只能熄火再点燃,一支到燃尽,不过固体发动机内部构造要简单的多。

液体和固体火箭发动机的优缺点是什么(2)

液体和固体火箭发动机的优缺点是什么(2)

固体火箭和液体火箭是因为燃料不同而区别的。两种火箭各有优缺点!

一、固体火箭

固体火箭,就是用固体火药为燃料的火箭。使用更高效的固体火箭燃料(HTPB或PBAN)。它有以下几个优点:

1.推力大。固体火箭的推力比同尺寸液体火箭高很多。固体火箭适合当助推器使用,给火箭提供强大的起飞推力。

2.发射便捷。固体火箭生产时就可浇筑好燃料,发射前无需再加燃料。相对于液体发动机来说,发射时需要做的准备工作很少,可以说支起来就能发射。其准备发射的时间短,可以在短时间内发射,适合应急发射卫星和导弹。其机动性非常好,不必要到专门的发射场进行发射,可以车载机动发射和海上发射。固体火箭特别适合隐蔽设伏的导弹使用,机动性和隐蔽性好,战场生存能力强,震慑力也强。同时,固体火箭还可以在水下工作,适合制作潜射导弹。

3.结构简单。固体火箭发动机比液体发动机结构简单得多,无需复杂的内部结构,只需要结实的外壳里面弄好隔热层以后浇筑燃料。在燃料凝固以后,把燃料中心沿火箭轴向挖出一条通道,在给药柱内部通道雕刻一定的形状(圆形或星型等),以便火箭点火后可以大面积快速稳定燃烧,形成强大的喷流。火箭尾部不是笨重而复杂的发动机,只是一个耐高温的喷管。也就是说,整个火箭就是一个发动机。这种简单的结构,研发起来要比液体发动机简单得多。相对来说,固体火箭研发成本要比液体火箭发动机低。

固体火箭发动机也有缺点:

1.燃烧时间短,比冲小。固体发动机推力虽大,但燃烧时间特别短。固体火箭发射卫星,往往需要多级串联,一级烧完抛掉,下一级再接力。比冲小,也是固体发动机的一大缺点。

2.推力不可调,燃烧不稳定。固体发动机一旦点火,中间不能熄火,也难以调整推力大小。这对于精准控制的太空发射来说是不利的,需要进行结构调整才能实现推力可调。目前只有导弹使用的固体发动机实现了一定程度的推力调整,但远不如液体发动机灵活机动。另外,固体火箭燃烧过程并不均匀,也不太稳定,到了后期推力很小,这些都是不可控因素。

3.燃料成本高,储存有风险。固体火箭的燃料成本要高于液体火箭,这是共识。另外,固体火箭在储存的过程中,要注意安全。毕竟是带药储存,一个不慎,可能成为大炸弹。还有,固体火药对空气湿度、温度等储存条件都有要求,且不能长时间储存,时间太长火药会失效。

二、液体火箭

液体火箭,就是使用液体燃料的火箭,它需要专门的发动机推动。液体火箭的优点有:

1.发动机燃料比冲高。液体发动机的比冲一般都在300秒以上,液氢发动机比冲最高,最高能达到450秒左右。比冲高,通俗来讲就是喷火速度快,给火箭提供的反推效果更好。在起飞阶段,比冲高的优势不算太明显,但到了高空加速时,比冲高的优势就会很明显。各国发射高轨道卫星的火箭最后一级都喜欢用液氢液氧发动机,因为目前液氢燃烧的最高。(等离子发动机比冲超过了液氢燃烧,但目前推力太小不适合做火箭发动机)。

猎鹰9号火箭第二级使用煤油发动机,虽然降低了成本,但它地球同步转移轨道(GTO)的运力也打了折扣。在近地轨道(LEO)运力跟长征五号乙差不多的情况下,地球同步转移轨道运力只有5.5吨,就算火箭一级不回收也只有8.3吨。长征五号的地球同步转移轨道运力达到14吨。这跟煤油发动机比冲小不无关系。而固体发动机往往小于300秒(280秒算是比较高的了),比所有的液体发动机都小,显然有一定的局限性。

2.推重比大。液体火箭,推重比远远高于固体火箭。固体火箭虽然推力大,但运力却不大,主要原因就是推重比小,同样重量的固体火箭运力远小于液体火箭(详见东城观星的火箭系列视频)。所以,已有的重型火箭都是以液体发动机为主,还没有一个以固体发动机为主的重型火箭。固体发动机可以做助推器,在起飞阶段提供助力,一旦飞到高空还是液体发动机优势大。

3.推力可调,关机和启动灵活。液体发动机通过流量调节可以实现推力调节,甚至可以实现大幅度调节推力。像我国嫦娥三号和嫦娥四号使用的液体发动机就可以实现大幅度推力调节,成功实现了月面软着陆。此外,液体发动机可以中途关机,滑行一段时间以后可以再点火。这对于高轨道发射和航天器轨道调节来说非常重要。

4.燃料成本低,回收再使用优势大。液体发动机燃料成本比较低,像煤油和甲烷成本都是很低的,比固体燃料便宜很多。液体火箭发动机研发和生产成本都是比较高的,但如果实现回收再利用,则成本优势就会很明显。目前美国spaceX公司已经可以稳定回收第一级火箭了,其发动机经过简单的维护后可以再次投入使用,大大降低了发射成本。固体火箭目前只有航天飞机的固体助推器实现了伞降回收,经过休整也可以实现再利用。但固体火箭的回收再利用成本效应并不明显,可以说节省不了太多的费用(毕竟只回收一个外壳,内部还需要大修才能使用)。

液体发动机的缺点主要是研发成本高、发动机结构复杂、生产成本也高。固体发动机通过增加半径就可以实现推力快速提升,虽然有一些困难但相对较小。而液体发动机想提高推力,工程技术、结构、材料等方面都要复杂得多。相对于固体发动机来说,液体发动机的故障率也略高一些。还有就是,液体火箭准备起来复杂一些。每次发射都要临时灌装燃料,发射准备时间长,发射场需要建设大量的管路,需要很多的工作人员,可以说发射准备成本比较高

液体和固体火箭发动机的优缺点是什么(3)

液体和固体火箭发动机的优缺点是什么(3)

固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较,具有结构简单,推进剂密度大,推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。缺点是“比冲”小(也叫比推力,是发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值,单位为秒)。固体火箭发动机比冲在250~300秒,工作时间短,加速度大导致推力不易控制,重复起动困难,从而不利于载人飞行。 固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机,以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

液体火箭发动机的优点是比冲高(25O~5OO秒),推力范围大(单台推力在1克力~700吨力)、能反复起动、能控制推力大小、工作时间较长等。液体火箭发动机主要用作航天器发射、姿态修正与控制、轨道转移等。