目前导弹用火箭发动机有液体推进剂和固体推进剂,有时一个导弹上固液发动机兼有。这两种燃料推进形式各有优缺点,这也是两者可以长期共存的原因。两者主要从以下几个方面来比较。
火箭燃料推力:液大,固小
通常来说,评价火箭动力装置性能指标有两个:一是比冲,即1千克推进剂能发出的冲量,另一个评价指标是质量比冲,即1千克动力装置所能发出的冲量。固体推进剂一般比液体推进剂的比冲低,当前固体推进剂的海平面比冲可达2 600米/秒,而液体推进剂可达2 800米/秒。虽然固体推进剂的比冲较液体的要低,但密度较大,导弹携带相同质量的推进剂,占的体积小,同样冲量的固体火箭发动机尺寸要比液体火箭发动机小。可见从质量和体积两个方面衡量,两者各有优长。
发动机可控性:液佳,固劣
液体发动机的推力调节易于实现,易于满足导弹飞行状态要求,参数随时间变化小,性能参数偏差小,基本上不受环境温度影响。固体燃料发动机的推力状态控制困难,只能按设计状态工作到结束,参数确定后就难于改变,且飞行中发动机性能偏差大,这给导弹总体设计带来困难。液体发动机则可根据当时的条件,改变推力大小和分段及多次起动,实现多次停车和起动。
结构复杂度:液繁,固简
从发动机设计上看,液体发动机结构比固体发动机复杂得多,推进剂系统除贮箱外,还有增压系统、管路系统、输送系统、组分比调节系统等。固体发动机没有这些系统,推进剂直接装填在燃烧室内,不需要专用的推进剂贮箱和复杂的推进剂输送调节系统以及发动机冷却系统,除了喷管的推力向量控制装置外,没有转动的部件。这使固体火箭发动机结构简单,零、组件数量少,可靠性高,现代固体火箭发动机的可靠性已达0.99以上,这是液体火箭发动机无法比拟的,也给导弹的装配和结构布局带来较大方便。但是固体发动机对结构材料性能要求高,要有良好的耐热材料、隔热材料和抗烧材料,增加了结构设计困难。
燃料可储性:液短,固长
固体火箭发动机的推进剂是预先浇铸或装填的,不需现场加注,可缩短发射准备时间,系统简单可靠性高,能长期保持战备状态,发动机起动能在短时间内达到额定推力,这也是地空导弹、反导导弹、反坦克导弹等打击机动目标的导弹多用固体火箭发动机的原因。液体推进剂的运输问题使大型机动战略导弹的通过性和机动性受到限制,因此目前液体导弹多为发射井型战略导弹。近年来发展的可贮存液体推进剂在一个相当宽的温度和压力范围内是稳定的,并与结构材料反应少,这样的燃料可以保证5~8年的战备状态。
需要指出的是,上述优缺点的分析,是随着技术的发展而变化的。高比冲、低燃速的固体推进剂发展很快,低密度高强度新型复合材料在固体发动机上的应用,高精度的控制系统,小型化设备和小型化的核弹头等,对火箭的运载能力降低了要求,因而突出了固体推进剂的优点,60年代后期发展的导弹,包括机动飞行的导弹,多为固体导弹。但是进入新世纪后,液体战略导弹仍担负许多国家的战略威慑主力,有着技术、经济、需求甚至传统等原因。
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