中美火箭发动机技术的差距？

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关于中美火箭发动机的技术差距，这事说来就有点多了。。。。。我之前在航天跟航空啥区别，为啥中国火箭发动机这么牛逼，飞机弱的不行？ - 知乎 这个问题底下扯过两句，今天我把之前那点东西丰富一下

火箭发动机要比较的话还是得查历史了，毕竟美帝都不用毒发了（笑）

土鳖的常温发动机里大推力的就是YF-20系列，从东风5用到长征火箭，乱七八糟一大坨改进型，目前为止最大推力的YF-20B，推力735.5kN，比冲260s，主要好在稳定，给长征用了这么多年都懒得改了。美帝的毒发嘛。。。。貌似就是大力神系列上面用了用，剩下的小家伙我懒得查了_(:з」∠)_

大力神系列用的LR-87火箭发动机，主要使用的不是UDMH+NTO组合，他们用的是混肼-50+NTO火箭推进器，推力733kN，海平面比冲256s，在常温毒发方面中美其实差不太多，主要是这东西对于美帝来说太毒了不想发展果断拐氢氧了，对于土鳖来说这东西本来就可以稳定工作了也没富裕经费去魔改这乱七八糟的了，定型了老老实实去用就是了。。。。。。

低温发动机里的氢氧机美帝到目前为止冠绝全球，不论是SSME还是RS68，推力大得吓人。SSME真空推力2279kN，比冲452.3s，RS-68A海平面推力3137kN，比冲412s，这俩货都是上世纪九十年代就出现了的存在，到现在暴打全球无压力。土鳖的氢氧机我都不太想拿出来了，YF-77真空推力700kN，比冲430s，基本就是美帝发动机推力的零头，这还是咱们目前最大的氢氧机了，结果长5首飞的时候芯一级也就是YF77的预冷还出问题差点取消。

关于液氧煤油机，美帝现在是犯懒直接买毛子货来用（RD180和NK33），自己的F-1啥的都扔了不玩儿了，主要还是当年美帝煤油机走了些许弯路，当年美帝因为煤油结焦问题直接把室压限制在了7MPa左右，高了很容易就boom。。。。但是老毛子依托巴库油田中极为优质的低含硫量煤油，压力高了不结焦，最终把室压做到了24.5MPa（RD170），老美趁着苏联解体直接就开始用毛发了，自己的发动机全扔去吃灰，对于土鳖来讲，煤油机真正要去追赶的还是老毛子，他们在煤油上的建树太强了。。。

对于固体发动机嘛，有这么个说法，具体为何我也不清楚，叫蓝星固体三杰：中美法，中国的固体推进器多数都在火箭军的导弹身上，就没见过几个民用的货，也就这两年冒出来个东风改的快舟，具体什么水平，因为保密原因我也不知道。。。。。不过在火箭这方面固体发动机的研制难度比液体低很多，主要就是因为固体发动机结构实在是太简单了，一根筒子里面精密铸造好药柱就行，相比起液发的各个子系统来说简单的多。当然缺点也是不容忽视的，比如比冲非常的低，拿到真空环境去点火比冲还是低，提升空间小，但是这货可以很轻松的做到很大推力，所以美帝经常用固体燃料当起飞级的助推器来用，土鳖的液发助推器更像是一级的补充而不是单纯的助推器。

看到了这么大的差距，咱们需要的是什么？在翻阅了几篇公开文献之后，大体上如果要研制新型大推力氢氧发动机需要的差不多是以下几点：

1. 新材料研制：

我国下一代氢氧发动机初步定为为燃气发生器循环的200吨级氢氧发动机，在这种级别上，其燃烧室压力高、热流大，内壁热防护问题非常严峻，燃烧室内壁的裂纹破坏可以毁了整个发动机。SSME，RS-68，Vulcain和YF-77在多次热试验后燃烧室内壁喉部和上游收敛段均出现过不同程度的裂纹。为了解决这个问题，国外采用了疲劳性更好的内壁材料——银锆铜，在热试验循环试验中使用这种材料的内壁热试循环寿命显著高于土鳖使用锆铜材料内壁的YF-77，目前这种材料的应用瓶颈在于它的制备、铣槽式扩散焊和款快速电铸镍研究等需要攻关。

2. 高温合金、钛合金等高承压复杂壳体精密成形

根据论文中得到的信息，新型氢氧机的喷管面积比为80，出口直径3300mm，轴向长度4000mm，可以说是目前世界上结构尺寸最大的氢氧机喷管（见图）。

计划借鉴国外氢氧机喷管设计经验，采用轻质钛合金再生冷却段和超大尺寸涡轮排气冷却单臂金属段，但是这么大一个喷管，之前都没造过，制造难度可想而知。

3. 大尺寸涡轮转子及轴系零件高质量制造：

涡轮转子工作温度 600℃，泵端为液氢液氧超低温，并受发动机多次启动热冲击，工作转速达 3 万转以上，转子工作寿命要达到 3000s 以上，涡轮转子整体制造精度高，叶片加工复杂。高温合金涡轮转子直径尺寸加大，转子工作受力环境更为苛刻，保证涡轮转子锻坯组织与性能的一致稳定性至关重要，大尺寸转子锻造工艺难度加大。同时要研究转子及其轴系相关复杂精密零件成形、精密加工、特种涂层、装配试验等技术。

除此之外还有很多难点亟待突破，比如应用在发动机中的低温高速重载轴承火箭推进器，低温状态下的低泄漏密封等等

造成这么大差距的原因很复杂，历史原因和现实原因都挺多的，政治类原因不是很懂，但是归根结底，在那个“军队要忍耐”的时代里，航天系统这半个军队体系也跟着“忍耐”去了，加上苏联解体之后美国对土鳖花式禁运，长3乙首发失败之后又开始不让各位小弟用土鳖火箭打卫星结果没钱赚，军队极度膨胀期需要的火箭发动机也不是那么尖端，于是乎航天就没钱发展了，这两年才有一点改观，但是大家也都看到了，知乎上的航天人，我现实中见到的航天人，他们的付出与收获比还是不平衡。。。。。。说到底，TMD没钱啊！！！！！！

2020/11/12更新

关于火箭用煤油的含硫量我感觉还是需要补充一点东西进来，硫这个东西在火箭发动机里不光会导致结焦，还会跟喷管内壁的铜反应，对性能产生一定影响，所以这玩意是万万不能要的。美国的燃料煤油（RP-1）含硫量大约在0.014‰（质量比），毛子的RG-1煤油的含硫量比RP-1低了21%，只有0.011‰（质量比），这还是美帝多年改进工艺的成果，60年代的RP-1跟现在RP-1怕是含硫量差的不少。。。。如果谁有早期RP-1含硫量的数据请务必给在下科普一下，实在是太难找了

ref: 杨宝娥, 梁克明. 俄罗斯煤油与 RP-1 煤油对比试验研究[J]. 火箭推进, 1996 (5): 22-31.

参考文献

NEWELL J, RAJAGOPAL K. Integrated structural risk-based approach for design and analysis ofcombustion chamber liners[C]//28th Joint Propulsion Conference and Exhibit. 1992: 3418.

刘欣, 王国庆, 李曙光, 等. 重型运载火箭关键制造技术发展展望[J]. 航天制造技术, 2013, 1: 1-6.

郑大勇, 陶瑞峰, 张玺, 等. 大推力氢氧发动机关键技术及解决途径[J]. 火箭推进, 2020, 40(2): 22-27.

邢强. RD-170：世界上推力最大的液体火箭发动机/s/FBl4oWYfG4gCCNMw1DZy_g

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