长征五号芯一级采用液氢液氧发动机而非液氧煤油,主要因液氢液氧组合比冲高,适合上面级对高效能需求。尽管液氢保存、防静电等技术难度大,但YF77发动机成功突破关键技术,胜任芯级任务。而助推级因需更大推力且技术更成熟,故选用液氧煤油发动机。液氢液氧组合在航天领域应用广泛,如航天飞机主发动机,体现了其在高效能推进方面的优势。
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首先我先为煤油证个名:
说因为环保,我严重不同意,液氧煤油发动机没有环保问题(民航客机不还是用航空煤油吗?建国后供电不足的时候农村包括城市晚上许多都是点煤油,不要动不动就黑煤油好不。)
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比较同意
同学的观点,长征五号助推级不使用液氢/液氧的推进剂组合完全是出于技术上的考虑。首先看看长征五号。
长征五号的动力系统:助推器采用120吨级YF-100液氧煤油火箭发动机,芯级(就是中间比较粗的那部分)采用50吨级YF-77液氧液氢火箭发动机。
YF100
我大概说说采用液氢/液氧的YF77发动机的技术难点:液氢沸点-252.7℃,属于低温推进剂,保存是个很大的问题,发动机需要用低温液体预冷,以免突然接触低温推进剂后炸裂,还有液氢防静电问题,液氢是不导电的,静电积累多了产生火花就爆炸。液氢液氧推进剂的燃烧温度有三四千度,对喷管要求也很高。
在此插播一段YF77的广告:
2001年12月大推力氢氧发动机研制立项获得批复,但是2007年却遭遇了国内外罕见的重大技术障碍,先后四次试车结果不理想,直接影响到整个研制进展。研制人员在发动机推力室从强度分析、振动分析,以及产品结构设计等方面上进行了改进,效果不理想后又改用“一大四小”的改进方案:使用隔板喷嘴,改进推力室结构,提高面板连接强度。终于在2009年12月,发动机转入试样研制阶段,历经十年艰苦攻关,至2012年8月17日,
F77发动机关键技术全部突破,累计试车22000秒,但是,距离欧美水平还差的很远。
在火箭发射后,需要尽快冲出大气层(稠密大气的作用时间越长燃料能量消耗约大),所以CZ-5采用了技术上更为成熟推力更大的YF100作为推进器。
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至于上面级(芯级)为何要采用YF77(液氧/液氢),这个是因为上面级对比冲要求提高而推力要求降低的缘故。恰好这时,液氢/液氧组合比冲高于液氧/煤油组合,YF77虽然推力为50t级别,但是完全可以胜任芯级,所以芯级采用了YF77.
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芯级采用液氧/液氢组合的还有航天飞机的主发动机(SSME),土星五号的第二级第三级(土星五第一级也采用的是液氧/煤油组合啊)
轨道器下面红褐色的大家伙就是液氧/液氢的储箱,不要好奇,火箭的质量80%-90%都被发动机占了,发动机质量的80%左右都被燃料占了。
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