火箭構型主要是由什麼來決定的?
11-30
看我國的助推火箭都很cute,而沒有類似阿麗亞娜V或日本H2A這種很大的助推呢?
是技術難度的問題么?
2014.12.22更新:長征五號斜頭錐靜力試驗成功
謝@Vigorous Cooler 邀請,但對這一塊兒沒有深入思考過,就當拋磚引玉了,其中錯誤和邏輯不對的地方歡迎指出。火箭設計和別的產品一樣,確定指標後進行自上向下的設計,設計過程中要考慮到使用上和技術上的各種約束。設計思路不一樣自然構型也不同。
- 長征二號、三號甲系列運載火箭中的捆綁型號都是在基本型上擴展的。基本型就有直接起飛能力(推重比&>1),如果要捆綁助推器,要求新構型起飛推重比以及飛行過程中的加速度不能過大;同時考慮到動力系統的通用性,所以就採用相同動力系統(液體發動機)的設計。這兩系列火箭研製過程中我國根本沒有固體動力可以用於宇航發射,目前才剛剛設計試驗了第一型推力較大的固體助推器(直徑2米、推力120噸,同時兼任長征11號小運載的一級)。
- Ariane V和H-2A在設計思路上相對領先,均採用低溫芯級設計。但低溫芯級的發動機推力小,單獨一個芯級無法起飛,所以就使用推力大的固體助推器使火箭在助推階段以相對較高的推重比升空(芯級發動機一般會節流),然後在固推脫離後恢復到全推力,飛行過程中加速度也不至於過大。Ariane V的助推器的確比較雄壯,但H-2A的還好了,推力還不到一百噸。
以下為拓展內容:
- 液體芯級+固體助推是國際上主流運載火箭的常見構型,歐洲的Ariane V以及剛剛確定方案的Ariane 6,美國EELV家族中Atlas V與Delta IV兩個系列中的多數型號,還有日本的H-2A系列等都是這個構型。這些火箭有的具有芯級直接起飛能力,如Atlas V的401/501構型和Delta IV Medium構型,在此基礎上通過捆綁固體助推器來拓展運載能力。
- 固推技術相對簡單可靠,模塊化程度高,但比沖指標遜於液體助推級。如果芯級具有直接起飛能力,則可以直接將芯級當作助推器來捆綁,這就是所謂的CBC構型,配合交叉輸送可以達到很大的運載能力。
- 我國的長征五號火箭也採用了低溫芯級,同樣也是無法直接起飛;助推級採用大型四個液體助推器,比沖性能優於固推,工作時間長,最終達到了比較高的運載係數水平,接近CBC構型、各級均採用低溫動力的Delta。使用大型固推理論上也可以,但可能指標會打折扣,而且長征五號系列火箭(包括六號、七號)的通用模塊思路就沒有給固推留下什麼空間。僅有的可能是用固推來拓展長征六號的運力範圍,並有望拓展到中型運載的水平(需要配合芯級發動機節流技術)。
火箭,把多重的載荷送入多高的軌道,這是終極目標。所以,目前的構型還取決於各家的火箭發動機推力,單級不夠就捆綁多個小推力助推火箭,當然發射成本也很重要,還有綁多了穩定性自然差。參見蘇聯N1火箭。當然還有個錯誤的示範就是阿三搶先要發射的大推。。。當然阿三可不在乎,你懂得。。。
一個是看年代,決定當時技術,當時很大的火箭,現在用cute的也能達到。
另一個是看用途,我國就沒打過深空的東西,不要那麼大推力的,但現在不也在研發大火箭了嘛~偷偷的。。。。。
起飛段的空氣動力學和燃料儲罐的結構強度需要吧,到了太空里外形就不重要了。
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