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火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極致（一）——德國A系列火箭

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極致（二）——美國紅石火箭，V2的改良升級(jí)

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極致（三）——蘇聯(lián)R-7系列火箭

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極致（四）——美國“半人馬座”上面級(jí)

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極致（五）——RD-170火箭發(fā)動(dòng)機(jī)誕生，至今難以被超越

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極致（六）——單燃燒室最強(qiáng)推力 實(shí)現(xiàn)“阿波羅”登月計(jì)劃

【文/科工力量 柳葉刀】

與很多國外運(yùn)載火箭一樣，中國運(yùn)載火箭最早也是由遠(yuǎn)程戰(zhàn)略導(dǎo)彈改進(jìn)、發(fā)展而來的，從一開始就被蒙上高度神秘的面紗。1956年，國防部第五研究院（現(xiàn)為中國運(yùn)載火箭研究院）成立后，錢學(xué)森擔(dān)任院長，立即開始了地地彈道導(dǎo)彈的相關(guān)研究工作。

轉(zhuǎn)接蘇聯(lián)導(dǎo)彈  繼承德國技術(shù)

根據(jù)1957-1962年間的中蘇合作協(xié)議，蘇聯(lián)轉(zhuǎn)讓了R-1、R-2陸基彈道導(dǎo)彈以及R-11F?；鶑椀缹?dǎo)彈的訓(xùn)練與戰(zhàn)斗模塊、以及技術(shù)文件等。

蘇聯(lián)的R-1與R-2是德國V-2導(dǎo)彈的改進(jìn)型號(hào)，前兩者的基本技術(shù)思路與V-2區(qū)別很小。R-1基本上是利用德國的V-2火箭的殘余零部件組裝起來的（因?yàn)槊绹鴵屧谔K聯(lián)前面，先將技術(shù)人員、資料與完整部件運(yùn)回國內(nèi)），其RD-100發(fā)動(dòng)機(jī)沿用V-2的液氧/酒精推進(jìn)劑方案，發(fā)動(dòng)機(jī)核心組件蒸汽發(fā)生器繼承了V-2的雙氧水分解產(chǎn)生動(dòng)力的方式，驅(qū)動(dòng)渦輪泵。

因?yàn)镽-1是在德國人的幫助下進(jìn)行復(fù)原的，蘇聯(lián)人同時(shí)也獨(dú)立組織了一批自己的工程師，研制R-2導(dǎo)彈，其射程是V-2的兩倍。其RD-101發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與RD-100相比，高度降低，質(zhì)量減小，結(jié)構(gòu)更為緊湊，推力增加。蒸汽發(fā)生器有所改變，改用固體催化劑分解雙氧水。

最初的東風(fēng)-1導(dǎo)彈就是仿制蘇聯(lián)的R-2。1958年，在蘇聯(lián)顧問的幫助下，國防部第五研究院開始復(fù)制工作。東風(fēng)-1采用一臺(tái)RD-101發(fā)動(dòng)機(jī)，所以推進(jìn)劑、蒸汽發(fā)生器、渦輪泵基本繼承自R-2。另外，東風(fēng)-1與R-2兩者的北約代號(hào)都是SS-2，從中也可見二者技術(shù)的相似之處。隨后第五研究院于1960年開始獨(dú)立研制東風(fēng)-2導(dǎo)彈，在消化蘇聯(lián)R-2技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，仍采用液氧/酒精推進(jìn)劑，但射程增加。

與美蘇一樣，中國的技術(shù)人員也需要克服液氧常溫下，大量揮發(fā)、難以保存難題。所以，東風(fēng)-3導(dǎo)彈改變策略，推進(jìn)劑改為偏二甲肼/硝酸。同時(shí)，將四臺(tái)YF-1發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)（即YF-2）作為動(dòng)力，地面推力提升至104噸。后來的東風(fēng)-4（二級(jí)結(jié)構(gòu)）與長征一號(hào)運(yùn)載火箭的第一級(jí)都是采用東風(fēng)-3導(dǎo)彈的動(dòng)力設(shè)置（稍加改進(jìn)）。

YF-2發(fā)動(dòng)機(jī)有四個(gè)燃燒室，每個(gè)燃燒室都有自己的渦輪泵。YF-2就是4個(gè)YF-1單燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)組合在一起的。YF--1發(fā)動(dòng)機(jī)可以看做是一個(gè)基本型號(hào)，長征一號(hào)運(yùn)載火箭的一、二級(jí)使用的幾型發(fā)動(dòng)機(jī)都基于YF-1的改進(jìn)或組合

YF-1發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)劑采用偏二甲肼/硝酸，與雙氧水分解驅(qū)動(dòng)渦輪泵不同，YF-1采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，即導(dǎo)入部分推進(jìn)劑進(jìn)入發(fā)生器燃燒，產(chǎn)生燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪泵。

“東風(fēng)-3”、“ 飛毛腿B”、“勞動(dòng)”這三型導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)相似

如果忽略大小，單從外觀結(jié)構(gòu)上看，YF-1發(fā)動(dòng)機(jī)與蘇聯(lián)的飛毛腿B（Scud-B）發(fā)動(dòng)機(jī)、朝鮮的“勞動(dòng)（Nodong）”彈道導(dǎo)彈的發(fā)動(dòng)機(jī)非常相似。前面提到的R-11的最終改進(jìn)設(shè)計(jì)版為R-17，也被稱為“飛毛腿B”出售到全世界。在中蘇最初的合作協(xié)議中，就有轉(zhuǎn)讓R-11F約定。相關(guān)資料顯示，朝鮮的“勞動(dòng)”彈道導(dǎo)彈的大量技術(shù)也是來自“飛毛腿”導(dǎo)彈。

YF-2發(fā)動(dòng)機(jī)的四個(gè)燃燒室都配備各自的渦輪泵，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)采用的是開式泵壓循環(huán)，所以燃?xì)怛?qū)動(dòng)渦輪后，直接排放到外部。雖然YF-2與蘇聯(lián)的RD-107同為四燃燒室發(fā)動(dòng)機(jī)（筆者在《火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，人類玩火的極限——蘇聯(lián)R-7系列火箭》一文已介紹），但RD-107的所有燃燒室中推進(jìn)劑的注入都是由一個(gè)渦輪泵單元提供動(dòng)力，所以RD-107發(fā)動(dòng)機(jī)上部的結(jié)構(gòu)更簡潔。當(dāng)然采用一個(gè)渦輪泵，需要克服推進(jìn)劑等量均勻注入燃燒室的問題，按照中國當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平，在YF-2合并使用一臺(tái)渦輪泵可能存在困難。

在冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)推力室方面，YF-1發(fā)動(dòng)機(jī)與早期的蘇聯(lián)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)一樣，都是采用再生冷卻循環(huán)（德國的技術(shù)），燃料從推力室的底部流經(jīng)噴管夾層，冷卻推力室的同時(shí)并預(yù)熱燃料。因此，可以看到在發(fā)動(dòng)噴管外周有兩根分叉的導(dǎo)管，接入噴管下部，燃料由此進(jìn)入，起到再生冷卻作用。

開式泵壓循環(huán)、再生冷卻循環(huán)

YF-1渦輪泵的剖面結(jié)構(gòu)，從資料圖上看，YF-1的渦輪泵采用的是普遍的單軸設(shè)計(jì)，燃料泵和氧化劑泵分別位于渦輪的兩側(cè)，中間圓盤狀為提供動(dòng)力的渦輪。這樣的設(shè)計(jì)思想與最初的V-2發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相似