水火箭，看到這三個(gè)字，你應(yīng)該馬上就會想到那種可以一飛沖天的科學(xué)玩具，不過我們這里所說的“水火箭”可不是玩具，而是真正的火箭，是一種在歐洲使用多年，而現(xiàn)在印度也在使用的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
火箭不是噴火的嗎？和水有什么關(guān)系呢？這就要從火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作機(jī)理說起了。真實(shí)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，簡單一點(diǎn)來講大體由四個(gè)主要部分構(gòu)成，分別是燃料罐、氧化劑罐、燃燒室和噴嘴。燃料罐里承載的燃料通常是液氫或煤油，而氧化劑罐則裝載著氧化劑，當(dāng)兩者在燃燒室里混合之后，便會燃燒并噴射，從而推動(dòng)火箭升空。
要擺脫地球引力的束縛，需要很大的力量，普通的燃燒肯定是不行，而要想讓燃燒足夠劇烈、讓噴射足夠暴力，就必須讓進(jìn)入燃燒室的燃料和氧化劑足夠暴力才行，也就是說要給它們加壓。
這對于早期的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)而言是有一定困難的，所采用的方法就是使用一個(gè)高壓氣罐，向燃料罐和氧化劑罐中吹入高壓的惰性氣體，迫使燃料和氧化劑快速噴出。當(dāng)然，除了使用高壓的惰性氣體罐之外，還可以使用燃燒發(fā)生器制造高壓燃?xì)鈦硗瓿蛇@一任務(wù)。
后來，一種可以給火箭發(fā)動(dòng)機(jī)加壓的高科技產(chǎn)品出現(xiàn)了，它就是渦輪泵。
渦輪泵的工作原理大概是這樣的：從燃料罐和氧化劑罐中出來的一小部分氣體會先進(jìn)入一個(gè)名為“預(yù)燃室”的地方混合燃燒，燃燒所產(chǎn)生的氣體會推動(dòng)一個(gè)高速渦輪，進(jìn)而渦輪又會帶動(dòng)燃料泵和氧化劑泵轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩個(gè)泵會將燃料罐里的燃料和氧化劑罐里的氧化劑抽到燃燒室里混合，從而實(shí)現(xiàn)暴力燃燒，火箭便能在燃燒所產(chǎn)生的氣體的推動(dòng)下向上飛升了。
渦輪泵可以說是液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，科技含量最高的零部件了。
但這個(gè)高科技產(chǎn)品在實(shí)際使用過程中有一個(gè)必須解決的問題，那就是溫度。因?yàn)闇u輪是由預(yù)燃室中產(chǎn)生的燃?xì)馔苿?dòng)的，而燃?xì)獗旧淼臏囟仁呛芨叩模L時(shí)間運(yùn)行，渦輪是難以承受的。怎么解決這個(gè)問題呢？就是要想辦法給渦輪降溫。第一個(gè)辦法就是讓進(jìn)入預(yù)燃室中的燃料過量，這樣未燃燒的燃料就會氣化，這個(gè)過程會帶走熱量，能夠起到降溫的效果。SpaceX使用的就是這種降溫方法，所以才會噴出很多因不充分燃燒所產(chǎn)生的黑煙。
第二種方法是讓進(jìn)入預(yù)燃室的氧化劑過量，這同樣也能實(shí)現(xiàn)降溫，保護(hù)渦輪。
而第三種降溫方法就是直接用水了，代表作就是歐洲的阿麗亞娜火箭所使用的維京火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)直接將水噴向渦輪實(shí)現(xiàn)降溫，所以很多人將其戲稱為“水火箭”。這種水火箭在歐洲服役的時(shí)間長達(dá)24年，雖然現(xiàn)在阿麗亞娜火箭已經(jīng)不再使用這種用水降溫的維京發(fā)動(dòng)機(jī)，但這項(xiàng)技術(shù)又被印度人拾了起來，印度所研發(fā)的維卡斯發(fā)動(dòng)機(jī)與維京發(fā)動(dòng)機(jī)在外觀上極為相似，而實(shí)際上也的確是參照維京發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)原理制造的。
其實(shí)并不是所有的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)都一定要設(shè)法降溫，有一種火箭就不需要，它就是有著“電子火箭”之稱的RocketLab。
這款火箭使用電池來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)燃料泵，省去了燃?xì)馔苿?dòng)的渦輪，自然也就不需要降溫了。也就是說所謂的電子火箭，其實(shí)只有燃料泵是電驅(qū)的，而且這種設(shè)計(jì)并沒有任何實(shí)質(zhì)性的優(yōu)勢，推重比很低，只能算是一種有趣的嘗試吧。
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