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液氧 從梅林到猛禽，為何馬斯克認(rèn)為去火星必須用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)？( 三 )


自然而然有人想到，既然廢氣里含有大量沒(méi)有完全燃燒的燃料，干脆送進(jìn)燃燒室燒掉算了，也也算是不浪費(fèi)，但是，事情哪有這么簡(jiǎn)單呢？不完全燃燒是會(huì)產(chǎn)生大量黑煙的，其實(shí)就是產(chǎn)生了大量的碳顆粒。這玩意兒進(jìn)了燃燒室，你不怕發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)焦啊，萬(wàn)一把噴注器堵了，你負(fù)責(zé)是吧，真的沒(méi)人敢這么干。
你可能會(huì)想啊，能不能倒過(guò)來(lái)呢？讓氧化劑過(guò)量，燃料少一點(diǎn)，這樣不就不會(huì)產(chǎn)生那么多黑煙了嘛，也就沒(méi)有結(jié)焦問(wèn)題了對(duì)吧。你想的太簡(jiǎn)單了。富含氧化劑的高溫燃?xì)獠痪褪茄鯕馇懈顧C(jī)嗎？你打算把渦輪泵葉片全切下來(lái)啊？你這是跟渦輪泵有多大的仇啊。
美國(guó)人也曾經(jīng)想搞啊，要是這個(gè)路子走通了，發(fā)動(dòng)機(jī)就由開(kāi)始循環(huán)變成閉合循環(huán)了，燃料和氧化劑是一點(diǎn)都沒(méi)浪費(fèi)啊。可惜美國(guó)人在這條路上走的那叫一個(gè)慘，最后還是放棄了。后來(lái)干脆就放棄了液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)這條路。
這條路蘇聯(lián)人走成了，這條路就是所謂的高壓補(bǔ)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，或者叫分級(jí)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。他們硬是研發(fā)出了抗高溫耐氧化的金屬零件，而且他們的煤油不太容易結(jié)焦。這事兒跟燃料品質(zhì)也是有關(guān)系的，煤油不是個(gè)單純的物質(zhì)，里面成分復(fù)雜的很呢。
液氧 從梅林到猛禽，為何馬斯克認(rèn)為去火星必須用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)？
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圖：RD180發(fā)動(dòng)機(jī)試車，這是一臺(tái)雙噴口的發(fā)動(dòng)機(jī)
所以，美國(guó)人的宇宙神5型火箭用的就是俄國(guó)人的RD180，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)就是典型的高壓補(bǔ)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。美國(guó)人看到俄國(guó)人的發(fā)動(dòng)機(jī)，贊嘆不已啊，這東西真是個(gè)價(jià)錢便宜量又足的好東西。但是俄國(guó)人有個(gè)缺陷，那就是燃燒室的室壓上不去，所以，他們采用多噴口的方式，RD180是個(gè)典型的一拖二，一個(gè)渦輪泵給兩個(gè)燃燒室供燃料。
美國(guó)人在沒(méi)有走通富氧分級(jí)燃燒的路子，但是富燃分級(jí)燃燒他們搞定了。那就是航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的水平極高，推重比高，比沖也高，效率驚人。燃料是氫氣，完全沒(méi)有結(jié)焦的問(wèn)題。美國(guó)人繞過(guò)了麻煩的問(wèn)題。
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圖：航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)試車
這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)做了兩個(gè)預(yù)燃室，分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)渦輪泵，一個(gè)管供應(yīng)氫氣，一個(gè)供應(yīng)氧氣。因?yàn)闅錃獾奶匦院脱鯕獠畹奶h(yuǎn)，所以，渦輪泵的轉(zhuǎn)速差好多，還是分開(kāi)比較合適。
但是，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)也有麻煩事。用富含氫氣的燃?xì)馊ヲ?qū)動(dòng)渦輪泵，如果這個(gè)燃料泵是輸送氧氣的，那么高溫高壓的氫氣和氧氣之間的距離非常近，有一點(diǎn)泄漏都會(huì)造成災(zāi)難。渦輪的軸不可能一點(diǎn)縫隙都沒(méi)有對(duì)吧。美國(guó)人只能硬是用高壓的氦氣來(lái)想辦法把氫氣給堵回去，所以，還是需要攜帶額外的氦氣，氦氣是惰性氣體，不燃燒。但是這不是麻煩嘛。而且造成輸送氧氣的渦輪泵極其復(fù)雜，真是佩服這幫工程師啊，居然給弄出來(lái)了。
液氧 從梅林到猛禽，為何馬斯克認(rèn)為去火星必須用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)？
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圖：全流量分級(jí)燃燒
那么有沒(méi)有其他辦法呢？還是有的，那就是所謂的全流量分級(jí)燃燒。用富含燃料的渦輪泵去輸送燃料，漏一點(diǎn)出來(lái)也只會(huì)碰上燃料，不會(huì)炸。用富含氧氣的渦輪泵去輸送氧氣，稍微漏掉點(diǎn)也沒(méi)關(guān)系，道理都是一樣的。
馬斯克最新研發(fā)的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，就是少有的全流量分級(jí)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。富燃廢氣和富氧廢氣最后統(tǒng)統(tǒng)送進(jìn)燃燒室，一點(diǎn)都不浪費(fèi)。所以，這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖達(dá)到了海平面334，真空比沖361，比煤油高一點(diǎn)，比氫氧機(jī)低一點(diǎn)，總推力310噸。比航天飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)大了一點(diǎn)。
圖：猛禽試車
【 液氧|從梅林到猛禽，為何馬斯克認(rèn)為去火星必須用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)？】但是，富燃燃燒的廢氣難道不會(huì)冒黑煙嗎？灌進(jìn)主燃燒室，難道不會(huì)產(chǎn)生結(jié)焦嗎？這個(gè)問(wèn)題，我下次再說(shuō)。關(guān)注我，后續(xù)更精彩。

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