世界上最大的火箭发动机有多大

航天水平技术在一定的程度上也代表了国家军事方面的发展力，从上个世纪开始，下面是小编整理的世界上最大的火箭发动机有多大，希望大家喜欢。

世界上最大的火箭发动机有多大

RD-170火箭发动机是人类有史以来研制的推力最大的多燃烧室液体火箭发动机。这款拥有4个燃烧室，1台涡轮泵和2个预燃室的发动机的海平面最大推力为740吨。很多人想要比较土星5号火箭的F-1火箭发动机(有关F-1火箭发动机，详见小火箭微信公众号文章《F-1:史上最强的单燃烧室液体火箭发动机》)与苏联的RD-170火箭发动机。

F-1是世界上推力最强的单燃烧室发动机，而RD-170则是世界上推力最强的多燃烧室发动机。它们的主要性能的对比情况如下：

可见，RD-170火箭发动机比F-1火箭发动机重16.8%。其海平面推力比F-1火箭发动机大8.8%，真空比冲高11.2%。从燃烧室压力的角度来看，RD-170令F-1难以望其项背，RD-170的室压是F-1的3.5倍。关于燃烧室压力的问题，小火箭在下文将会详细论述。

RD-170发动机项目的由来

每一款大型发动机的背后，通常都会有一个巨大的项目需求，这个项目或是承载了一个国家的梦想，或是准备突破多年以来的技术局限。RD-170火箭发动机的背后，当然也少不了大型项目的支撑。

没有任何一个神奇的装备不是由一项国家项目撑起来的，如果不够的话，那就来两个。

RD-170火箭发动机的研发，得益于两个项目：天顶号火箭和能源号火箭。

苏联在1970年代开始了一个野心勃勃的大型运载火箭系列计划，准备以同一款大推力火箭发动机为基础，发展多种发动机型号和运载火箭型号。这个计划进行地比较顺利。实际上，天顶号火箭是苏联解体前发展出来的技术含量最高的一款火箭。上图为正由轨道运载器运到发射台的一枚天顶号火箭。注意，火箭尾部的四个大喷管属于同一台RD-170发动机。

负责这个火箭项目的设计局值得一说。天顶号是由导弹设计大师米哈伊尔·库兹米奇·杨格尔牵头成立的南方设计局的项目。虽然该设计局(苏联内部代号586设计局，或者按某些地方的习惯，叫做586所)在接手天顶号火箭项目的时候，所长杨格尔已经去世5年了，但是他的副手完全有能力把设计局撑起来。

这个人便是杨格尔的学生、副手：弗拉基米尔·乌特金。他是包括SS-18撒旦洲际弹道导弹在内的多款导弹的总设计师。其脱密后，被后人尊为苏联导弹“教父”。

乌特金提出了天顶号火箭的最大技术特点：火箭具有环境友好性，且具备超强的载荷能力，还要让发射工序实现完全无人化。火箭被机械装置自动吊装在发射台上并连上地面控制管线，其后在发射准备、点火或因发射任务取消而须从发射台上撤下时都不需要进行手动操作，从而大大减少了因发射事故导致人员伤亡的可能性。此外，天顶号的发射台不包含任何在发射时有可能被烧毁的设备，因此在一次发射完成5小时之后，就可以再次进行发射。

而这样的总体要求，需要一台高可靠性、可多次重复启动进行试验、使用液氧煤油燃料的大推力火箭发动机。

由于屡次发射失败和美国率先登月，苏联政府于1974年5月取消了原本为苏联登月计划开发的N-1重型运载火箭。作为替代品，苏联于取消N-1的同时开始了对能源号火箭的方案论证工作，以便为实现未来的空间开发计划打下基础。图为搭载暴风雪号航天飞机模型的能源号运载火箭模型。

当时的计划是，能源号运载火箭的助推器采用4枚天顶号火箭的第一级火箭。(实际上，天顶号和能源号的火箭发动机略有不同，用于能源号火箭的是RD-170原装版本，用于天顶号火箭的是增设了双向伺服机构的版本，叫做RD-171。不过，除伺服机构的作动方向的区别外，两款火箭发动机在其他地方是相同的。)上图左侧为能源号运载火箭的助推器，右侧为天顶号的第一级火箭。

RD-170的总体设计

RD-170发动机有4个燃烧室，1台涡轮泵和2个预燃室。其中涡轮泵是单级的，整个涡轮泵系统还包括有1台氧化剂泵，1台两级燃料泵，整个系统连接了低压的燃料泵和氧化剂泵，并使推进剂增压，以防止涡轮泵形成空穴现象。

RD-170火箭发动机管路阀门系统示意图。注意，淡黄色的为煤油管路，淡青色的为液氧管路。红色的部分，表示滚烫滚烫的。

上图中央的红色罐罐中的黑色，为主涡轮轴。从上到下的4个黑色涡轮，依次为：主涡轮泵、氧化剂泵、主燃料泵和主启动泵。

中央的红色罐罐两侧各自伸出一个耳朵，那就是RD-170的2个富氧预燃室了。一部分燃料在预燃室中进行燃烧，带动涡轮泵转动。而涡轮泵转起来之后，燃料和氧化剂就能够迅速流动了。

如果整枚RD-170发动机是一颗心脏的话，这部分管路的作用就类似于冠状动脉。

为什么要用2个预燃室?用1个不是能够减少不少重量么?

让任意一名合格的火箭设计师来看，也是有这个愿望的。只是，RD-170的煤油燃料的秒流量为1.5吨。这么大的流量挤到一个小小的预燃室里，是会出问题的。他们只好采用2个预燃室。这是提高可靠性的一个设计。谁让火箭总师乌特金一直强调可靠性呢。

小火箭觉得，没个参照物好像没法说明RD-170的动力有多强劲。还是用参照物来对比一下吧。且不说RD-170喷口的那740吨的力量了，只说涡轮泵吧。

RD-170的涡轮泵功率为25.7万马力，相当于2.57个铁臂阿童木。

25.7万马力换算成功率，约为192兆瓦。有这样一艘叫做亚马尔的破冰船，是核动力的，排水量23455吨。上面有2座核反应堆，驱动2台汽轮机，带动6台发电机。这些发电机的总输出功率为55.3兆瓦。RD-170的一台涡轮泵的功率相当于这样一艘核动力破冰船的3.47倍。

说到涡轮泵，小火箭一定要多说几句。RD-170能够产生如此强悍的推力，这与她的涡轮泵的巧妙设计非常有关系。

从上世纪60年代开始，美国和苏联的工程师们都发现，火箭发动机的涡轮泵如果一直依赖一个涡轮的话，很难再有性能上大幅提升的潜力了。于是他们各自发明了一些新的涡轮泵结构。

比如，苏联的引射式的多喷嘴泵从60年代开始，就有了很好的效果。其实，如果剖开现役的“质子”火箭的话，依然能够看到这种设计。

RD-170采用的则是更为先进的叶片式预压涡轮泵。预压泵的应用可以让发动机降低对火箭贮箱的压力要求。通过对涡轮叶栅和诱导轮的设计，让主涡轮泵在转速、扬程和效率方面有更好的表现。这种设计在以RD-170为代表的苏联风格的液氧煤油发动机和以航天飞机主发动机为代表的液氢液氧发动机上都能找到，可谓是殊途同归。同时，要注意到苏联人的设计不仅仅是傻大粗笨的，实际上是有不少精巧的地方的。从管路设计的角度来说，RD-170赢了F-1发动机一局。

RD-170为什么要采用4个喷管，而不用1个大喷管?

这主要是当初苏联对大喷管液氧煤油发动机的燃烧不稳定性问题没有十足的把握进行解决。从这个角度上来看，美国人的F-1火箭发动机扳回一局。(美国人在3年时间里，做了2000多次试验，把炸药放到燃烧室中，人为制造不稳定，掌握了燃烧的部分规律，通过改进喷注盘设计和其他结构，解决了燃烧不稳定的问题。)

我们可以通过喷注盘的设计来看，美国风格和苏联风格的不同：

这是F-1火箭发动机的喷注盘。如果你把这个喷注器看做是一个靶标的话，不看靶心部分，最靠近靶心部分的有孔的那一圈，钻了18个孔，用来喷射煤油。往外一圈，可以看到两两一组，共9组的18个孔，用来喷射液态氧。再往外，能看到两两一组，共9组的18个孔，用来喷射煤油。以此类推，喷注盘的每一圈孔都是煤油喷射孔和液氧喷射孔交替排布的。小孔的直径比例经过2000多次试验后，有了明确的规格：最内圈的若定义为标准1的话，往外一圈为1.627，再往外一圈为2.217，再往外一圈为2.739。详见小火箭的微信公众号文章《F-1:史上最强的单燃烧室液体火箭发动机》。

这是RD-170火箭发动机的喷注盘。其设计风格与F-1火箭发动机不同。首先，从喷注孔直径上来看，没有像F-1火箭发动机那样有大小不同的分布。其次，从喷注孔的平面布局上，较为简单。除中心孔外，内圈6孔，然后是12孔，依次类推。外环分为5圈，并被高出的隔板平均分为6个大区。每个大区由内向外的孔数为4、5、6、7、8。

采用4个喷管，万一推力启动不同步，大小不一致怎么办?

这个问题的确存在。对于采用富氧补燃循环的RD-170发动机而言，煤油喷射进入燃烧室的瞬间即为推力室点火时刻。让4个燃烧室同步启动的关键在于让煤油同时进入这4个燃烧室。另外，大喷管外侧的冷却套的压降的不同或者阻滞程度的不同会带来额外的时间差，这个也要考虑在内。

因此，RD-170的4个燃烧室的管路设计是很讲究的，要尽量保证燃料的流经距离一致(考验设计师立体几何水平的时候到了)。另外，还要摸透管路内对燃料的阻滞效应的大小。

不过，虽然RD-170的喷管尺寸比F-1的小很多(想要看5台F-1火箭发动机组成的土星5号火箭的大小，详见小火箭的微信公众号文章《土星5号：最高最重推力最大的火箭》)，但是小火箭始终认为RD-170的喷管内型面的设计是非常美的。