美国空军成功测试了先进的火箭预燃室

美国空军研究实验室（AFRL）已成功测试了一种有望被引入新一代高性能美国火箭发动机中的部件。该装置称为预燃室，可使火箭在更高的压力下运行并获得更大的推力。

自从Rober Goddard和Hermann Oberth等人奠定了液体火箭的理论基础以来，工程师们一直在努力研发出更强大、更高效的发动机，从而产生了令人惊讶的多样化设计。

液体燃料火箭的一个关键特征是它必须能够供给大量的燃料和氧化剂才能飞行。在最小和最简单的发动机中，这是通过重力完成的，但对于任何实际应用，都需要某种涡轮泵以所需的速度推动燃料。问题就变成了如何运行泵？

对于大多数火箭，尤其是在美国制造的火箭，这涉及所谓的气体发生器。用非常简单的术语描述，进入燃烧室的部分燃料和氧化剂流被分流到燃气发生器中，该燃气发生器是一个小室，供有高比例的燃料和氧气。点燃时，没有足够的氧气来燃烧少量燃料，因此，剩余部分变成了气体，然后为涡轮泵提供动力。之后，将气体排放。

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这套系统运作良好，足以在阿波罗飞行任务中帮助第一批人员前往月球，但这种燃气发生器只能控制极低的压力和极低的燃料流量，因此火箭的性能并非是其应有的。

但是，还有另一种方法称为分级燃烧循环发动机，其中气体发生器由预燃室代替。由预燃室实际上是在非常高的氧气环境下燃烧燃料，从而为涡轮机产生高温高压气体。这样会产生更高的燃油压力和流量，从而获得更好的性能。另外，未燃烧的燃料被送入燃烧室而不是倾倒，以提高效率。

分级燃烧循环发动机最早是在俄罗斯开发的，AFRL非常渴望在总承包商Aerojet Rocketdyne、空军太空司令部和空军、导弹系统中心和美国宇航局的斯坦尼斯太空中心火箭测试设施的努力下，将其技术应用于自己的版本。其项目被称为Hydrocarbon Boost program（HCB）。

根据美国空军的说法，该计划已经进行了20多年，作为生产能够为可重复使用的航天器提供动力的美国制造火箭的目标的一部分。然而，分级燃烧循环发动机极其复杂并且存在障碍。

最大的问题之一是，预燃室必须在美国有史以来最高压力的火箭燃烧室中，在非常热、富含氧气的环境中运行，这可能导致大多数金属同时熔化和腐蚀。为了防止这种情况，AFRL转向了以高强度和耐燃烧性著称的超级镍合金。由于在小型测试中表现良好，现在工程师已设法在全尺寸预燃器中成功测试它们，因为工程师们试图更好地了解该技术的基本问题，包括燃烧稳定性和热管理。

“ HCB预燃器突破了这些极端条件的界限，并为这些具有挑战性的系统重新定义了最先进的技术，” AFRL航空航天系统局的火箭推进部门负责人Shawn Phillips博士说道。