固液燃料導彈技術比較
目前導彈用火箭發動機有液體推進劑和固體推進劑,有時一個導彈上固液發動機兼有。這兩種燃料推進形式各有優缺點,這也是兩者可以長期共存的原因。兩者主要從以下幾個方面來比較。
火箭燃料推力:液大,固小
通常來說,評價火箭動力裝置性能指標有兩個:一是比沖,即1千克推進劑能發出的衝量,另一個評價指標是質量比沖,即1千克動力裝置所能發出的衝量。固體推進劑一般比液體推進劑的比沖低,當前固體推進劑的海平面比沖可達2 600米/秒,而液體推進劑可達2 800米/秒。雖然固體推進劑的比沖較液體的要低,但密度較大,導彈攜帶相同質量的推進劑,占的體積小,同樣衝量的固體火箭發動機尺寸要比液體火箭發動機小。可見從質量和體積兩個方面衡量,兩者各有優長。
發動機可控性:液佳,固劣
液體發動機的推力調節易於實現,易於滿足導彈飛行狀態要求,參數隨時間變化小,性能參數偏差小,基本上不受環境溫度影響。固體燃料發動機的推力狀態控制困難,只能按設計狀態工作到結束,參數確定後就難於改變,且飛行中發動機性能偏差大,這給導彈總體設計帶來困難。液體發動機則可根據當時的條件,改變推力大小和分段及多次起動,實現多次停車和起動。
結構複雜度:液繁,固簡
從發動機設計上看,液體發動機結構比固體發動機複雜得多,推進劑系統除貯箱外,還有增壓系統、管路系統、輸送系統、組分比調節系統等。固體發動機沒有這些系統,推進劑直接裝填在燃燒室內,不需要專用的推進劑貯箱和複雜的推進劑輸送調節系統以及發動機冷卻系統,除了噴管的推力向量控制裝置外,沒有轉動的部件。這使固體火箭發動機結構簡單,零、組件數量少,可靠性高,現代固體火箭發動機的可靠性已達0.99以上,這是液體火箭發動機無法比擬的,也給導彈的裝配和結構布局帶來較大方便。但是固體發動機對結構材料性能要求高,要有良好的耐熱材料、隔熱材料和抗燒材料,增加了結構設計困難。
燃料可儲性:液短,固長
固體火箭發動機的推進劑是預先澆鑄或裝填的,不需現場加註,可縮短髮射準備時間,系統簡單可靠性高,能長期保持戰備狀態,發動機起動能在短時間內達到額定推力,這也是地空導彈、反導導彈、反坦克導彈等打擊機動目標的導彈多用固體火箭發動機的原因。液體推進劑的運輸問題使大型機動戰略導彈的通過性和機動性受到限制,因此目前液體導彈多為發射井型戰略導彈。近年來發展的可貯存液體推進劑在一個相當寬的溫度和壓力範圍內是穩定的,並與結構材料反應少,這樣的燃料可以保證5~8年的戰備狀態。
需要指出的是,上述優缺點的分析,是隨著技術的發展而變化的。高比沖、低燃速的固體推進劑發展很快,低密度高強度新型複合材料在固體發動機上的應用,高精度的控制系統,小型化設備和小型化的核彈頭等,對火箭的運載能力降低了要求,因而突出了固體推進劑的優點,60年代後期發展的導彈,包括機動飛行的導彈,多為固體導彈。但是進入新世紀後,液體戰略導彈仍擔負許多國家的戰略威懾主力,有著技術、經濟、需求甚至傳統等原因。
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