美國空軍成功測試了先進的火箭預(yù)燃室

美國空軍研究實驗室（AFRL）已成功測試了一種有望被引入新一代高性能美國火箭發(fā)動機中的部件。該裝置稱為預(yù)燃室，可使火箭在更高的壓力下運行并獲得更大的推力。

自從Rober Goddard和Hermann Oberth等人奠定了液體火箭的理論基礎(chǔ)以來，工程師們一直在努力研發(fā)出更強大、更高效的發(fā)動機，從而產(chǎn)生了令人驚訝的多樣化設(shè)計。

液體燃料火箭的一個關(guān)鍵特征是它必須能夠供給大量的燃料和氧化劑才能飛行。在最小和最簡單的發(fā)動機中，這是通過重力完成的，但對于任何實際應(yīng)用，都需要某種渦輪泵以所需的速度推動燃料。問題就變成了如何運行泵？

對于大多數(shù)火箭，尤其是在美國制造的火箭，這涉及所謂的氣體發(fā)生器。用非常簡單的術(shù)語描述，進入燃燒室的部分燃料和氧化劑流被分流到燃氣發(fā)生器中，該燃氣發(fā)生器是一個小室，供有高比例的燃料和氧氣。點燃時，沒有足夠的氧氣來燃燒少量燃料，因此，剩余部分變成了氣體，然后為渦輪泵提供動力。之后，將氣體排放。

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這套系統(tǒng)運作良好，足以在阿波羅飛行任務(wù)中幫助第一批人員前往月球，但這種燃氣發(fā)生器只能控制極低的壓力和極低的燃料流量，因此火箭的性能并非是其應(yīng)有的。

但是，還有另一種方法稱為分級燃燒循環(huán)發(fā)動機，其中氣體發(fā)生器由預(yù)燃室代替。由預(yù)燃室實際上是在非常高的氧氣環(huán)境下燃燒燃料，從而為渦輪機產(chǎn)生高溫高壓氣體。這樣會產(chǎn)生更高的燃油壓力和流量，從而獲得更好的性能。另外，未燃燒的燃料被送入燃燒室而不是傾倒，以提高效率。

分級燃燒循環(huán)發(fā)動機最早是在俄羅斯開發(fā)的，AFRL非常渴望在總承包商Aerojet Rocketdyne、空軍太空司令部和空軍、導(dǎo)彈系統(tǒng)中心和美國宇航局的斯坦尼斯太空中心火箭測試設(shè)施的努力下，將其技術(shù)應(yīng)用于自己的版本。其項目被稱為Hydrocarbon Boost program（HCB）。

根據(jù)美國空軍的說法，該計劃已經(jīng)進行了20多年，作為生產(chǎn)能夠為可重復(fù)使用的航天器提供動力的美國制造火箭的目標(biāo)的一部分。然而，分級燃燒循環(huán)發(fā)動機極其復(fù)雜并且存在障礙。

最大的問題之一是，預(yù)燃室必須在美國有史以來最高壓力的火箭燃燒室中，在非常熱、富含氧氣的環(huán)境中運行，這可能導(dǎo)致大多數(shù)金屬同時熔化和腐蝕。為了防止這種情況，AFRL轉(zhuǎn)向了以高強度和耐燃燒性著稱的超級鎳合金。由于在小型測試中表現(xiàn)良好，現(xiàn)在工程師已設(shè)法在全尺寸預(yù)燃器中成功測試它們，因為工程師們試圖更好地了解該技術(shù)的基本問題，包括燃燒穩(wěn)定性和熱管理。

“ HCB預(yù)燃器突破了這些極端條件的界限，并為這些具有挑戰(zhàn)性的系統(tǒng)重新定義了最先進的技術(shù)，” AFRL航空航天系統(tǒng)局的火箭推進部門負責(zé)人Shawn Phillips博士說道。