自身既攜帶燃料又?jǐn)y帶氧化劑的噴氣發(fā)動機稱為火箭發(fā)動機。 火箭發(fā)動機攜帶的推進(jìn)劑的燃燒不需要依靠空氣中的氧， 既能在大氣層內(nèi)工作， 也能在大氣層以外的宇宙空間中工作， 其工作性能與飛行器的飛行條件關(guān)系不大。 目前， 火箭發(fā)動機仍然是在大氣層以外飛行或者宇宙航行的唯一可用的推進(jìn)裝置。

火箭推進(jìn)裝置的能源可以是化學(xué)能、 電能、 核能和太陽能等， 目前最成熟、 應(yīng)用最廣泛的是采用化學(xué)能的化學(xué)火箭推進(jìn)裝置。

化學(xué)火箭推進(jìn)裝置的能源是化學(xué)推進(jìn)劑的化學(xué)能， 推進(jìn)劑燃燒后變成高溫高壓氣體， 通過噴管膨脹， 氣體流速加速到1800～4300m／s， 高速噴出后， 產(chǎn)生推動飛行器運動的反作用推力。 因此， 化學(xué)火箭發(fā)動機的推進(jìn)劑是能源載體， 其燃燒產(chǎn)物又作為推進(jìn)工質(zhì)， 兩者是同一物質(zhì)產(chǎn)生的， 而電能、 核能和太陽能火箭發(fā)動機的能源和工質(zhì)往往是不同的物質(zhì)。 例如， 核能火箭發(fā)動機的能源是核反應(yīng)堆 （裂變、 聚變或放射性同位素衰變）， 工質(zhì)通常是液氫， 經(jīng)反應(yīng)堆加熱后， 在噴管中膨脹加速， 最后噴射出去產(chǎn)生推力。 太陽能火箭發(fā)動機利用聚焦太陽能加熱工質(zhì)。 電弧加熱火箭利用電弧加熱工質(zhì)。 電火箭發(fā)動機的電能也可以由化學(xué)能、 太陽能或核能轉(zhuǎn)變而來。

所有的化學(xué)火箭發(fā)動機都是熱力發(fā)動機， 熱量傳給工質(zhì)通常是在定壓或接近定壓的條件下完成的。 根據(jù)推進(jìn)劑物理狀態(tài)的不同， 可以將化學(xué)火箭推進(jìn)裝置分為固體火箭發(fā)動機、 液體火箭發(fā)動機、 固液混合火箭發(fā)動機和凝膠推進(jìn)劑火箭發(fā)動機。 目前， 固體火箭和液體火箭推進(jìn)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。 固體火箭發(fā)動機是最簡單的化學(xué)火箭發(fā)動機， 由于其固有的優(yōu)點而應(yīng)用更為廣泛。

1. 固體火箭發(fā)動機 （solid propellant rocket engine）

固體火箭發(fā)動機使用固體推進(jìn)劑， 燃燒劑和氧化劑預(yù)先均勻混合， 制成一定形狀和尺寸的固體藥柱 （裝藥）， 直接安放在燃燒室中。 固體火箭發(fā)動機的基本結(jié)構(gòu)包括點火裝置、 裝藥、 燃燒室和噴管等， 如圖1-3 （a） 所示。

2. 液體火箭發(fā)動機 （liquid propellant rocket engine）

液體火箭發(fā)動機使用的液體推進(jìn)劑由液態(tài)燃燒劑和液態(tài)氧化劑組成。 液體推進(jìn)劑可以是單組元 （reactant） 推進(jìn)劑 （如肼）， 也可以是雙組元推進(jìn)劑 （如液氫和液氧） 并分別貯存在各自的貯箱中。 液體火箭發(fā)動機工作時， 液態(tài)燃燒劑和液態(tài)氧化劑通過輸送系統(tǒng)輸入燃燒室， 經(jīng)噴注系統(tǒng)噴注霧化和混合后， 在燃燒室中點燃并燃燒。 因此， 液體火箭發(fā)動機的主要組成部分是液體燃燒劑和氧化劑及它們各自的貯箱、 輸送系統(tǒng) （包括調(diào)節(jié)系統(tǒng)）、 噴注系統(tǒng)、 燃燒室和噴管等， 如圖1-3 （b） 所示。

3. 固液混合火箭發(fā)動機 （hybrid propellant rocket engine）

固液混合火箭發(fā)動機采用固體燃燒劑和液體氧化劑， 主要組成部件包括液體氧化劑及其貯箱、 輸送系統(tǒng) （含燃?xì)獍l(fā)生器、 調(diào)節(jié)系統(tǒng)）、 噴注系統(tǒng)、 固體燃料藥柱、 燃燒室和噴管等， 如圖1-3 （c） 所示。

固液混合火箭發(fā)動機是針對固體推進(jìn)劑和液體推進(jìn)劑的優(yōu)缺點提出的， 目前大多采用“固體燃料＋液體氧化劑” 的組合方式。 固體燃料一般是 “輕金屬 （如鈹、 鋰、 鋁） 的氫化物＋聚合物”， 如 “氫化鋰＋聚丁二烯”。 其中， 端羥基聚丁二烯 （HTPB） 成本低、 安全性和力學(xué)性能好，應(yīng)用最多。液氧是最清潔的氧化劑，IRFNA、H2O2、Cl F3是能量較高的可貯存氧化劑，Cl F3以及Cl F5密度高，是目前的研究熱點。

圖1－3 化學(xué)火箭推進(jìn)裝置

（a） 固體火箭發(fā)動機； （b） 液體火箭發(fā)動機； （c） 固液混合火箭發(fā)動機

固液混合火箭發(fā)動機的優(yōu)點主要有：

（1） 制造、 存貯、 操作比液體推進(jìn)劑更安全， 不易發(fā)生爆燃或爆炸；

（2） 相對于固體火箭發(fā)動機， 固液混合火箭發(fā)動機具有重啟能力；

（3） 相對于液體火箭發(fā)動機， 固液混合火箭發(fā)動機的成本較低；

（4） 推力調(diào)節(jié)范圍可大大擴寬；

（5） 比沖比固體火箭發(fā)動機高， 密度比液體推進(jìn)劑高。

固液混合火箭發(fā)動機也有不足之處， 主要是：

（1） 推力調(diào)節(jié)時， 比沖損失增大；

（2） 固體推進(jìn)劑余藥量大；

（3） 可靠性沒有得到完全證實；

（4） 密度比固體推進(jìn)劑低， 比沖比液體火箭發(fā)動機低。

4. 凝膠／膏體推進(jìn)劑火箭發(fā)動機

凝膠／膏體推進(jìn)劑是在燃料中加入增稠劑或膠凝劑等物質(zhì)， 形成的膠狀或牙膏狀的一類特殊推進(jìn)劑， 兼具固體和液體推進(jìn)劑的優(yōu)點。 它采用擠壓方式控制質(zhì)量流率， 可以調(diào)節(jié)發(fā)動機的推力。

膏體推進(jìn)劑 （pasty propellant） 由固體推進(jìn)劑發(fā)展而來， 外觀呈牙膏狀， 是未經(jīng)完全固化的固體推進(jìn)劑。 加入其他黏合劑或增稠劑等成分， 可以對其能量和安定性進(jìn)行調(diào)節(jié)， 比一般的固體推進(jìn)劑具有更高的品質(zhì)； 凝膠推進(jìn)劑 （gel propellant） 則由液體推進(jìn)劑發(fā)展而來，實質(zhì)為經(jīng)過一定固化的液體推進(jìn)劑。 可添加金屬顆粒以進(jìn)一步提高能量和密度比沖， 并保證顆粒相不沉降。

與一般的固體推進(jìn)劑和液體推進(jìn)劑相比， 凝膠／膏體推進(jìn)劑具有如下優(yōu)點：

（1） 安全性好： 無須澆鑄、 固化等工藝， 降低了生產(chǎn)成本和危險性。 凝膠／膏體推進(jìn)劑蒸發(fā)緩慢， 可以減緩運輸或者貯存過程中的燃料泄漏。 應(yīng)用于火箭武器時， 屬于 “鈍感彈藥” 范疇。

（2） 能量高： 加入一定量的金屬顆粒， 可以提高推進(jìn)劑的能量和密度比沖。

（3） 推力可調(diào)： 凝膠／膏體推進(jìn)劑受剪切時能夠像液體推進(jìn)劑一樣流動， 方便能量分配與管理， 容易實現(xiàn)推力調(diào)節(jié)。 裝填系數(shù)高， 近似于端面燃燒的固體推進(jìn)劑裝藥， 有利于提高射程。

（4） 貯存性好： 研究表明， 凝膠／膏體推進(jìn)劑可以保存10年以上。 膠凝結(jié)構(gòu)比早期的漿體推進(jìn)劑更穩(wěn)定， 不易發(fā)生變質(zhì)和顆粒沉降。

膏體推進(jìn)劑一般為單組元推進(jìn)劑， 主要用于火箭發(fā)動機。 膏體推進(jìn)劑火箭發(fā)動機可分為一次啟動和可重復(fù)啟動兩大類。 一次啟動的發(fā)動機只工作一次， 主要特點是燃速高、 高壓下不會發(fā)生爆轟、 力學(xué)性能好、 抗過載能力強等， 可用于快速攔截器的助推器。 其示意圖如圖1-4所示。

圖1－4 膏體推進(jìn)劑火箭發(fā)動機示意圖

凝膠推進(jìn)劑一般為雙組元推進(jìn)劑， 可用于火箭和沖壓發(fā)動機。 TRW （美國天合） 公司與Telley防務(wù)系統(tǒng)公司共同研制了凝膠導(dǎo)彈推進(jìn)系統(tǒng)， 如圖1-5所示。 采用活塞驅(qū)動， 分開裝填燃料和氧化劑， 在燃燒室內(nèi)混合燃燒。 圖1-6為另一種凝膠火箭發(fā)動機構(gòu)型， 以氧氣作為氧化劑， 采用氣動噴嘴霧化燃料， 噴霧進(jìn)入燃燒室燃燒。 凝膠沖壓發(fā)動機的進(jìn)展不及火箭發(fā)動機， 尚停留于實驗室階段。 以色列理工大學(xué)開展了實驗室規(guī)模的煤油凝膠沖壓發(fā)動機實驗研究， 涉及凝膠碳?xì)浠衔锶剂?（有和無金屬添加劑） 的霧化、 點火和燃燒過程，以及沖壓發(fā)動機的總體性能等方面。 凝膠火箭發(fā)動機結(jié)構(gòu)目前尚不成熟。

圖1－5 TRW公司研制的凝膠推進(jìn)系統(tǒng)

圖1－6 凝膠火箭發(fā)動機典型結(jié)構(gòu)