為什麼長征系列助推器分離和芯一級分離時間間隔只有十幾秒?
圖一:長征七號(CZ-724)
長征3B飛行時間圖 :
這樣分離的運載能力是最大化嗎?或者是為了防止加速度過大?
聯盟號的:
中國人均GDP不高,但是我人多啊,於是我總量世界第二。
這個經濟現象同樣可以用來解釋長征火箭身上這個有趣的現象。
運載能力是運載火箭的一個重要指標,它意味著運載火箭能運多大的東西上天,所以運力最大化一直是火箭研製者的目標。
由於老長征火箭一直是在吃東風五號技術老本,發動機是在YF-20基礎上不停的魔改,技術上沒有根本的突破,在這個前提下又得實現火箭運力最大化,那隻能在量上做功夫咯。
我們先來看看YF-20發動機的基本數據:
海平面推力731.5千牛,比沖259秒
真空推力816.3千牛,比沖289秒
(早期的YF-20隻有700千牛左右的推力)
這數據在液體發動機中實在不忍直視啊,無論海平面比沖還是真空比沖,均低於300秒。
但咱硬是靠這款老不死的80噸級的毒發搞出了一個火箭大家族。
你可以發現所有長征234火箭的一二級和助推器的發動機全是YF-20家族的!一級通通4台YF-20,助推器1台,二級用了一台真空改進型外加4台游機。
正是由於助推器與一級使用的發動機相同,於是在運力最大化的原則下,設計上,助推器和一級的量便儘可能地加大到不能再加(這便是起飛推重比都達到1.2這個最低的限度了),於是捆綁的4台助推器實際上更像是對一級的補充,所以一級與助推器的分離時間間隔較短也就不奇怪了。
至於長征七號為什麼也是這樣,很簡單啊,設計原則還是和老長征差不多,一級2台YF-100,4台助推器各1台YF-100,只是換了不同的燃料,換了更好的發動機,助推器依然是對一級補充,以提高運力。
雖然這種設計方法有點「土」,但還是戰鬥力十足啊。舉個例子,早期的長征三號乙助推器燃燒時間127秒,一級燃燒時間145秒,總重426噸,而改進型的長征三號乙助推器燃燒時間140秒,一級燃燒時間158秒,總重458噸,很明顯就是在一級和助推器的推進劑量上下功夫了,而這也使GTO運力從5.1噸提升到5.5噸。這在10年前的中國航天來說已經是一個有力的補充。
但吃老本堆料只能作為一時無奈之舉用於彌補短期運力的不足,還是存在一定局限性的。還是就長征三號乙來說,運力潛力已然挖空,而面對通信衛星平台質量地不斷增加,可謂心有餘而力不足,於是新一代運載火箭便應運而生!長征五號的氫氧芯一級燃燒時間長達8分鐘之久,皿煮多了有木有!在長征七號基礎上發展的長征三號丁GTO運力將達7噸,長征五號GTO運力更是達到了14噸之多,從技術上的更新換代根本解決了我國運載火箭長期運力不足的局面。
儘管長征七號、長征五號已經首飛,但長征火箭干質比不足仍然是我們不得不面對的一個問題。我們的運載火箭技術只是剛解決了大運力有無的問題,技術上仍與國際先進水平有著一定差距。我們需要SpaceX那樣更輕質化的火箭結構,也需要美帝SSME那種高性能的氫氧發動機。相信這一切距離我們不會太遙遠。路漫漫其修遠兮,吾將上下而求索!
長七的2.25米助推器和3.35米芯級設計上都是長五的助推器衍生而來,工作時間接近。
不光是新的長七,長二F後期分離時間也很接近。
設計如此。
有時候為了打更重的一個載荷,助推器會拉長一點以添加更多燃料,這時候分離的時間間隔會更短。
還有一點就是這個步驟是不能省略的。
如果省略掉的話,助推器燃燒完以後突然這麼往後懟一下還是很可怕的。
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