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火箭發(fā)動機，人類玩火的極致（一）——德國A系列火箭

火箭發(fā)動機，人類玩火的極致（二）——美國紅石火箭，V2的改良升級

火箭發(fā)動機，人類玩火的極致（三）——蘇聯(lián)R-7系列火箭

火箭發(fā)動機，人類玩火的極致（四）——美國“半人馬座”上面級

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

火箭發(fā)動機，人類玩火的極致（六）——單燃燒室最強推力 實現(xiàn)“阿波羅”登月計劃

【文/科工力量 柳葉刀】

與很多國外運載火箭一樣，中國運載火箭最早也是由遠程戰(zhàn)略導彈改進、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)為中國運載火箭研究院）成立后，錢學森擔任院長，立即開始了地地彈道導彈的相關(guān)研究工作。

轉(zhuǎn)接蘇聯(lián)導彈  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-2陸基彈道導彈以及R-11F?；鶑椀缹椀挠柧毰c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導彈的改進型號，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（因為美國搶在蘇聯(lián)前面，先將技術(shù)人員、資料與完整部件運回國內(nèi)），其RD-100發(fā)動機沿用V-2的液氧/酒精推進劑方案，發(fā)動機核心組件蒸汽發(fā)生器繼承了V-2的雙氧水分解產(chǎn)生動力的方式，驅(qū)動渦輪泵。

因為R-1是在德國人的幫助下進行復原的，蘇聯(lián)人同時也獨立組織了一批自己的工程師，研制R-2導彈，其射程是V-2的兩倍。其RD-101發(fā)動機設(shè)計與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-1導彈就是仿制蘇聯(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制工作。東風-1采用一臺RD-101發(fā)動機，所以推進劑、蒸汽發(fā)生器、渦輪泵基本繼承自R-2。另外，東風-1與R-2兩者的北約代號都是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年開始獨立研制東風-2導彈，在消化蘇聯(lián)R-2技術(shù)的基礎(chǔ)上進行改進，仍采用液氧/酒精推進劑，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-3導彈改變策略，推進劑改為偏二甲肼/硝酸。同時，將四臺YF-1發(fā)動機并聯(lián)（即YF-2）作為動力，地面推力提升至104噸。后來的東風-4（二級結(jié)構(gòu)）與長征一號運載火箭的第一級都是采用東風-3導彈的動力設(shè)置（稍加改進）。

YF-2發(fā)動機有四個燃燒室，每個燃燒室都有自己的渦輪泵。YF-2就是4個YF-1單燃燒室發(fā)動機并聯(lián)組合在一起的。YF--1發(fā)動機可以看做是一個基本型號，長征一號運載火箭的一、二級使用的幾型發(fā)動機都基于YF-1的改進或組合

YF-1發(fā)動機的推進劑采用偏二甲肼/硝酸，與雙氧水分解驅(qū)動渦輪泵不同，YF-1采用燃氣發(fā)生器循環(huán)，即導入部分推進劑進入發(fā)生器燃燒，產(chǎn)生燃氣驅(qū)動渦輪泵。

“東風-3”、“ 飛毛腿B”、“勞動”這三型導彈的發(fā)動機結(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)動機與蘇聯(lián)的飛毛腿B（Scud-B）發(fā)動機、朝鮮的“勞動（Nodong）”彈道導彈的發(fā)動機非常相似。前面提到的R-11的最終改進設(shè)計版為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”彈道導彈的大量技術(shù)也是來自“飛毛腿”導彈。

YF-2發(fā)動機的四個燃燒室都配備各自的渦輪泵，因為發(fā)動機采用的是開式泵壓循環(huán)，所以燃氣驅(qū)動渦輪后，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)動機（筆者在《火箭發(fā)動機，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劑的注入都是由一個渦輪泵單元提供動力，所以RD-107發(fā)動機上部的結(jié)構(gòu)更簡潔。當然采用一個渦輪泵，需要克服推進劑等量均勻注入燃燒室的問題，按照中國當時的技術(shù)水平，在YF-2合并使用一臺渦輪泵可能存在困難。

在冷卻發(fā)動機推力室方面，YF-1發(fā)動機與早期的蘇聯(lián)火箭發(fā)動機一樣，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，冷卻推力室的同時并預熱燃料。因此，可以看到在發(fā)動噴管外周有兩根分叉的導管，接入噴管下部，燃料由此進入，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，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力的渦輪。這樣的設(shè)計思想與最初的V-2發(fā)動機渦輪泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計相似