[科普中國]-混合式火箭發(fā)動機(jī)

混合式火箭發(fā)動機(jī)，是組合使用液體和固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)。由噴注器、燃燒室（內(nèi)裝藥柱）、噴管、液體推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)和貯箱等組成?；旌贤七M(jìn)劑火箭發(fā)動機(jī)的比沖和體積比沖介于液體和固體火箭發(fā)動機(jī)之間，它能夠像液體火箭發(fā)動機(jī)那樣進(jìn)行推力調(diào)節(jié)，而且只需要一套液體管路、活門和附件，系統(tǒng)比較簡單。但混合推進(jìn)劑火箭發(fā)動機(jī)的燃速低，燃燒不均勻，效率低，僅適用于一些特殊任務(wù)的導(dǎo)彈，如靶彈等。其優(yōu)點主要有安全性好、容易進(jìn)行推力調(diào)節(jié)、易關(guān)機(jī)和重新啟動、推進(jìn)劑能量較高、環(huán)保型好、藥柱穩(wěn)定性好、溫度敏感性低、經(jīng)濟(jì)性好?？蓱?yīng)用于探空火箭、小型運載火箭、靶標(biāo)與導(dǎo)彈、亞軌道飛行器及載人飛船、助推器及上面級和姿軌控系統(tǒng)的動力裝置，應(yīng)用前景十分廣泛1。

簡介混合式火箭發(fā)動機(jī)，是組合使用液體和固體推進(jìn)劑的化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)，它由噴注器、燃燒室（內(nèi)裝藥柱）、噴管、液體推進(jìn)劑供應(yīng)系統(tǒng)和貯箱等組成?；旌鲜交鸺l(fā)動機(jī)的比沖和體積比沖介于液體和固體火箭發(fā)動機(jī)之間，它能夠像液體火箭發(fā)動機(jī)那樣進(jìn)行推力調(diào)節(jié)，而且只需要一套液體管路、活門和附件，系統(tǒng)比較簡單。但混合式火箭發(fā)動機(jī)的燃速低，燃燒不均勻，效率低，僅適用于一些特殊任務(wù)的導(dǎo)彈，如靶彈等。德國H.奧伯特曾于1929年嘗試制造混合推進(jìn)劑火箭。50年代美國研制過氧化氫和聚乙烯火箭發(fā)動機(jī)。1964年法國首先發(fā)射成功了采用混合式火箭發(fā)動機(jī)的氣象火箭1。

類型由于液體火箭發(fā)動機(jī)和固體火箭發(fā)動機(jī)各有各的優(yōu)缺點，所以科學(xué)家把它作結(jié)合起來，形成混合式火箭發(fā)動機(jī)?；旌鲜交鸺l(fā)動機(jī)（hybrid rocket motor）分為固液混合式和液固混合式兩種。液固混合式發(fā)動機(jī)是燃燒劑為液體，氧化劑為固體，而固液混合式發(fā)動機(jī)正好與它相反。從性能上說，固液混合火箭發(fā)動機(jī)的比推力高于固體火箭發(fā)動機(jī)，低于高能液體發(fā)動機(jī)，與可貯存的液體發(fā)動機(jī)相當(dāng)。從系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)來說，這種火箭發(fā)動機(jī)的優(yōu)點是簡單緊湊，缺點是燃燒效率低，推進(jìn)劑混合比不易控制，調(diào)節(jié)推力時能量損失較大。

特點與應(yīng)用混合式火箭發(fā)動機(jī)包含固體燃料和液體氧化劑、液體燃料加固體氧化劑等多種組合，其中固體燃料-液體氧化劑組合是國內(nèi)外研究最多的典型固液混合火箭發(fā)動機(jī)，主要由液體氧化劑供給系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)主體系統(tǒng)組成。固液混合火箭發(fā)動機(jī)的氧化劑主要有液氧液氟、液體一氧化二氮、過氧化氫和硝酸等，固體燃料主要包括聚合化合物和金屬氫化物等。在這些燃料和氧化劑的基礎(chǔ)上，可以組成不同的推進(jìn)劑組合，達(dá)到不同的性能。由于燃料和氧化劑分別采用不同狀態(tài)的物質(zhì)。因而它的燃燒特性和單純的固體或液體火箭發(fā)動機(jī)不同，這種不同的特性使固液混合火箭發(fā)動機(jī)具有一些不同的特點，其優(yōu)點主要有安全性好、容易進(jìn)行推力調(diào)節(jié)、易關(guān)機(jī)和重新啟動、推進(jìn)劑能量較高、環(huán)保型好、藥柱穩(wěn)定性好、溫度敏感性低、經(jīng)濟(jì)性好。可應(yīng)用于探空火箭、小型運載火箭、靶標(biāo)與導(dǎo)彈、亞軌道飛行器及載人飛船、助推器及上面級和姿軌控系統(tǒng)的動力裝置，應(yīng)用前景十分廣泛2。

發(fā)展概況固液混合火箭發(fā)動機(jī)已有80余年的研究歷史。從20世紀(jì)30年代就有了試驗性的研究，進(jìn)入20世紀(jì)80年代中期，一方面由于商業(yè)競爭的日益激烈，低成本火箭的發(fā)展顯得格外的重要。另一方面，1986年1月28日挑戰(zhàn)者號和1986年4月18日大力神，3型運載火箭的固體助推器出現(xiàn)故障引起爆炸，這也引起了NASA的注意，試圖用固液推進(jìn)劑來代替單一的固體推進(jìn)劑，從而使固液混合火箭發(fā)動機(jī)的研究日益增強(qiáng)。國內(nèi)外通過理論分析，數(shù)值仿真和試驗研究等方法對固液混合火箭發(fā)動機(jī)的燃燒穩(wěn)定性，燃燒安全性，點火可靠性及燃料燃速規(guī)律等關(guān)鍵技術(shù)開展了大量研究及技術(shù)攻關(guān)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了廣泛的固液混合火箭發(fā)動機(jī)應(yīng)用研究。

固液混合火箭發(fā)動機(jī)的主要應(yīng)用包括探空火箭、小型運載火箭、靶標(biāo)與導(dǎo)彈、亞軌道飛行器及載人飛船、助推器及上面級和姿軌控系統(tǒng)的動力裝置。應(yīng)用最早的是前蘇聯(lián)設(shè)計并發(fā)射的GRID-9探空火箭，影響最大的是美國維珍公司的SpaceShipOne太空船一號亞軌道載人飛船，在世界范圍內(nèi)極大地增強(qiáng)了對固液推進(jìn)技術(shù)的信心，有力地推進(jìn)了固液推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，開展最多的是各類固液探空火箭的研制1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

楊曉紅 - 副教授 - 西南大學(xué)