发射新一代火箭用哪一种发动机（未来宇宙探索核心发动机）
发射新一代火箭用哪一种发动机（未来宇宙探索核心发动机）公式的变量为P1，PE是排气压力;这是一个横截面积;E横截面积 F是推力。MG是质量流量，VE是废气相对于火箭的速度;P一个是周围的流体压力。火箭发动机通过喷射燃烧气体产生推进力，推动火箭前进，储存的推进剂（燃料）以高速排出产生推力，推力方程包含一个动量项和一个压力项，这是基本的物理概念。物体的动量与其质量和速度有关，如下所示：这些评估使研究人员能够更全面地了解其影响添加剂和设计中的物理变化，在回归率和推力方面十分先进，混合动力火箭发动机已在火箭的许多领域使用或测试包括战术火箭和大型运载火箭。几种添加剂已显示回归率和推力显著改善，包括偶氮四唑胍（GAT）和各种铝合金，最近又开始对纳米颗粒添加剂进行研究。纳米颗粒已经显示为混合动力火箭功能的许多参数提供了增强功能，并且在燃料纳米添加剂的子领域继续发展。
文|凌轩Talk
编辑|凌轩Talk
前言混合动力火箭发动机是结合了固体燃料和液体燃料的组件，火箭发动机燃料本身是固体颗粒，（通常是石蜡或羟基封端的聚丁二烯，称为HTPB），而氧化剂是液体（通常是氢气）过氧化物或液氧）。这些组件组合在燃料室中兼作混合动力电机的燃烧室。
文章着眼于这些电机开发过程中发生的技术进步，自1995年以来测试火箭发动机推力和测量已经开发出用于燃烧反应产物的火箭羽流光谱。
这些评估使研究人员能够更全面地了解其影响添加剂和设计中的物理变化，在回归率和推力方面十分先进，混合动力火箭发动机已在火箭的许多领域使用或测试包括战术火箭和大型运载火箭。
几种添加剂已显示回归率和推力显著改善，包括偶氮四唑胍（GAT）和各种铝合金，最近又开始对纳米颗粒添加剂进行研究。
纳米颗粒已经显示为混合动力火箭功能的许多参数提供了增强功能，并且在燃料纳米添加剂的子领域继续发展。
火箭发动机通过喷射燃烧气体产生推进力，推动火箭前进，储存的推进剂（燃料）以高速排出产生推力，推力方程包含一个动量项和一个压力项，这是基本的物理概念。物体的动量与其质量和速度有关，如下所示：
公式的变量为P1，PE是排气压力;这是一个横截面积;E横截面积 F是推力。MG是质量流量，VE是废气相对于火箭的速度;P一个是周围的流体压力。
混合动力火箭发动机具有固体和液体燃料火箭发动机的一些特征 不过混合动力发动机的操作与固体或液体燃料火箭不同。
事实上固体燃料火箭发动机将燃料和氧化剂均匀地混合在一个单一的固体物质中，该固体物质被火焰在暴露的一端燃烧，产生导致火箭发动机推进的气体 液体燃料火箭发动机将燃料和氧化剂分开存放在单独的腔室中。
直到点火的那一刻，当它们在喷油器端口混合时变得可燃，因此固体燃料火箭的燃烧室大小与燃料室相同。液体燃料火箭有一个较小的燃烧室，其中混合了组件。尽管如此在这两种火箭的燃烧室中，燃料和氧化剂在燃烧时混合均匀。
混合动力火箭发动机将固体燃料保持在与液体氧化剂分开的腔室中。燃料与液体氧化剂接触时会点燃，这意味着在燃烧室内，氧化剂与燃料的比例可变因此电机性能由氧化剂/燃料混合物的平均成分决定。
混合动力火箭的历史可以追溯到火箭发动机的发展，火箭发动机的初步发展发生在1930年代，当时设计了液体和固体燃料火箭。
在同一时期，谢尔盖·P·科罗廖夫（SergeiP.Korolev）和米哈伊尔·K·吉洪拉沃（MikhailK.Tikhonravo）在俄罗斯GIRD计划的主持下开发了混合动力火箭的早期原型。
基本火箭发动机示意图
回归率是衡量混合动力火箭性能的一种方法。回归基于单位时间内燃烧的固体燃料量（通常表示为英寸/秒）燃料燃烧速度越快（回归增加）应该会带来更大的推力和更好的性能。
在混合动力火箭发动机中，回归是根据固体推进剂颗粒的燃烧计算的。用于回归率的公式为：
在此公式中r表示回归速率（英寸/秒）;m1和米2是初始和最终燃料质量（克）;r1和r2是以英寸为单位的初始和最终端口半径;燃料质量密度为ρ（克/英寸3);燃料粒度长度由l表示o（英寸）;燃油燃烧时间为T（秒）、该公式用于计算平均回归率，但是当燃烧时间较短时，它可以很好地描述电机。
回顾从1990年代后期至今混合动力火箭设计的发展以及功能改进，混合动力火箭的几种应用以研究混合动力火箭发动机技术在探空火箭、战术火箭、太空发动机、大型发射助推器和推力增强研究中的应用的论文为代表。
这些文件涵盖从1995年到文献综述期间混合火箭技术的一些改进被其他论文所反映，这些论文按时间顺序进行审查。
这些论文涵盖了用于测试概念的模型混合动力火箭发动机的发展，通过发现偶氮四唑酸胍和铝添加剂可能对回归率产生显著影响。
然后是使用纳米级材料颗粒介导混合火箭发动机功能的进展，还讨论了在原型测试期间测量结果的新方法。
接下来我们将回顾混合动力火箭发动机的五种应用：探空火箭、战术火箭、太空发动机、推力增强和大型发射助推器。
斯坦福大学探空火箭计划旨在开发液化混合燃料，这是一种新技术。在不同规模的实验测试中发现，石蜡衍生燃料的回归率是标准混合动力燃料的3至5倍。作为研究的结果，可以设计出性能与液体和固体燃料火箭发动机相当的紧凑型混合动力火箭。
该研究分三个阶段进行，第一阶段与本综述有关。在这个阶段，研究人员开发了一种混合探空火箭，以测试石蜡基推进剂的设计，推进系统是来自电机壳模型套件的库存电机。但模型经过修改后，是第一个使用石蜡基推进剂的混合火箭发射燃料。
本研究讨论了在处理高离轴发射条件问题时使用混合动力火箭发动机，主要关注混合动力火箭在使用中可油门的能力以及它在空对空交战中为制导控制提供的优势、结果表明，当使用可油门混合动力火箭以及线性最优定律时，比例导航定律和固体火箭发动机有所改进
以下方程作为提供混合火箭发动机推力控制的指导定律：
有关斯坦福大学提供了石蜡基燃料颗粒工作的更多信息，用这种燃料生产的燃料颗粒的尺寸直径为8.4英寸，长达45英寸。
经报告说，美国宇航局艾姆斯研究中心在其混合燃烧测试实验室使用气态氧进行了更大规模的测试，NASA的测试证实了斯坦福大学实验室规模的回归率，表明该燃料将适用于商业用途。
这项研究比较了两种燃料：一种基于石蜡的推进剂（SP-1a），这是一种快速燃烧的配方，另一种是基于HTPB的典型标准聚合物推进剂。问题是它们中的哪一个产生最好的回归率？
每种推进剂的回归率显示在下面的等式中：
石蜡基火箭发动机：
基于HTPB的火箭发动机
推力增强我们研究考察了燃料颗粒设计对混合动力火箭性能特征的影响，考虑到停滞造成的压力损失，该模型包括节气门组件。该设计使用羟基封端的聚丁二烯（HTPB）燃料进行评估，使用90%的过氧化氢和液氧作为氧化剂。
目的是开发一种能够进行泰坦34D升降机操作的混合助推器。液氧在系统中被证明是比过氧化氢更有效的氧化剂。
燃料颗粒的设计被称为“多端口货车车轮燃料部分”它具有八个辐条，可产生八个饼形燃料端口，并且还存在一个中央端口。选择这种设计是为了更有效地燃烧燃料颗粒。
对于燃料回归率，描述了几个假设：端口内的流量被假定为“一维”，粘度可以忽略不计，并且受到压缩。
燃料和氧化剂之间的混合被认为是100%的，并且是通用的。还假设每个端口的端到端回归速率恒定。图5显示了“沿端口任意位置x处的控制体积”。
以下是冯德韦尔研究中关于燃料回归率的相关公式：
注：Lf是燃料粒度长度，Gt是总质量通量。
研究人员报告了这个计算燃料流量的公式。（假设整个港口的回归率恒定）
其中ṁf是燃料质量流量;Pf是燃料密度;Per是燃料端口的周长;x是从入口到燃油端口的径向距离。
使用的8辐“货车车轮燃料颗粒”设计的横截面。注意8个外围端口和一个中央端口。
用于计算代表性燃料端口中“一维流动”解的控制体积示意图
M是马赫数;OF是氧化剂/燃料比;TC是腔室温度;PC是腔室压力;ṁP是氧化剂的质量流量;H是停滞焓;GO是端口的初始氧化剂质量通量;C是特征速度
氧化剂燃料比（OF）以这种方式计算
该报告详细介绍了与堪培拉空中平台一起发射的两级低地球轨道（LEO）火箭飞行器 该设计采用了用于第一级和第二级的石蜡燃料混合动力火箭发动机。
该系统被证明可以处理31公斤的有效载荷，将其提升到500公里的轨道上。石蜡燃料混合动力车提供安全性并降低成本;空中平台和混合火箭系统被认为是现代发射市场的“经济实惠且响应迅速的发射系统解决方案”
这两个阶段都设计为将快速燃烧的燃料SP-1a/LOX用于混合动力电机 设计使用这个“回归率定律”
回归率（rn）以毫米/秒表示;质量通量Gd以千克/米表示2.s.
文献综述在本节中，我们回顾了对几种燃料添加剂的研究，这些添加剂在回归率和推力方面取得了显着进展，包括偶氮四唑酸胍（GAT）和几种铝合金。
我们回顾了纳米颗粒添加剂研究的最新发现，纳米粒子已被证明可以改善混合火箭功能的各种参数。最后我们着眼于对子领域的特定领域的一些持续研究。
1998年M·基思·哈德森在这项研究使用了2英寸乘10英寸的实验室规模的混合火箭发动机，以建立火箭羽流化学的光谱测量技术 选择了三个光谱发射范围进行研究。
记录基线光谱，然后用各种金属化合物处理燃料，以提供已知的谱线，并研究锰浓度的影响.发现小型火箭是研究混合动力火箭发动机以及研究其他类型火箭的模拟羽流的稳定试验台。
2000年，A.M.赖特等人将偶氮四唑酸胍（GAT）以两种质量浓度加入羟基封端的聚丁二烯（HTPB）中：15%和25%。
尽管添加GAT后实现的推力增加，并且两种浓度产生的推力增加大致相等，但添加剂的存在使比冲有所降低。
2000年罗伯特·香克斯和M·基思·哈德森研究开发了可用于研究火箭发动机羽流以收集光谱数据的火箭技术。
该研究包括从实验室混合动力火箭的设计到建造，支持服务的开发，数据收集仪器，火箭计算机控制以及确定最终生产的推进器特性的所有阶段。
2001年玛丽·F·德斯罗彻等人报告定义了一个基于应变片的推力测量系统，用于火箭的地面测试，在讨论了应变片的理论和用途之后为那些有兴趣构建此类系统的人提供了完整的电路和结构细节。
所描述的系统设置为50磅的推力，并安装在阿肯色大学小石城分校（UALR）混合火箭设施中。该系统在地面测试期间连续记录推力数据方面效果很好。本文报告了系统在此类测试期间获取的数据。
2004年，基思·哈德森等人研究了偶氮四唑酸胍（GAT）作为燃料添加剂，以产生与羟基封端的聚丁二烯（HTPB）的高回归混合物。由于存在带正电荷和负电荷的化学成分，当添加到HTPB中时，GAT盐产生可测量的更快的回归。
2004年，格兰特研究测量了十五种纳米颗粒中与颗粒直径、可燃材料量和氧化层深度相关的平均表面积，以及与燃烧相关的其他测量。所有使用的测量技术都是标准的，该研究提出了未来应研究的其他参数，以了解纳米尺寸颗粒与固体燃料的推进特性相关的特定特性。
2011年，丹尼尔·拉森的小组研究了以铝化合物为添加剂的石蜡基固体燃料颗粒的燃烧特性，将氢化铝锂、三乙基铝和二异丁基氢化铝添加到在装弹式混合动力火箭中测试的石蜡燃料颗粒配方中。
研究发现，锂铝氢化物产生腔室压力增加。该研究的一个重要结果是理解对燃料类型进行定性评估是可能的，并且可以更改配方以在未来的测试中更有效。
2013年索西小组对纳米铝（nAl）颗粒对混合动力火箭固体燃料组分回归率的影响进行了表征。
粒径分别为50nm和100nm，涂有许多不同的屏蔽有机试剂，然后加入到“羟基封端的聚丁二烯（HTPB）基固体燃料”，分析产生的燃烧数据以产生“连续时间分辨回归率”。
研究发现，与在气态氧（Gox）存在下燃烧的非合金HTPB相比，包被的nAl颗粒可提高nAl增强HTPB制剂的性能，所有测试的配方都提高了回归率。在研究的测试条件下，以氟为组分的涂层剂具有优势。
在过去的二十年中，混合动力火箭技术的进步一直在稳步进行，通过添加液体氧化剂收集有关固体燃料颗粒燃烧结果，更完整的经验知识的方法使研究人员能够针对特定的混合动力火箭发动机参数定制他们的研究。
现在可以通过光谱分析研究电机羽流，并且可以使用应变片测量实际的电机推力，这使得研究人员能够了解不同浓度的添加剂的具体影响，包括各种尺寸的纳米颗粒。
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