火箭，一个拥有巨大能量可以将数吨的有效载荷送入太空的庞大机器，而它的心脏它巨大能量的来源——火箭发动机的原理却不为人知。本文章将详细的介绍液体燃料火箭发动机的工作原理，我会尽量由浅入深保证没有了解过的人也能详细的了解火箭发动机的工作原理。本人不是火箭动力专业技术人员，能力有限，内容可能有差错，可以在评论区指出。

  火箭发动机不同于飞机发动机和汽车发动机，它是一种可以在真空中工作的发动机（而且在真空中工作得还更好）而不像飞机发动机这样的只能在大气层内工作的通管发动机，更不同于只能靠传动系统带动车轮旋转的汽车发动机。那么它到底是如何运作的呢？

  火箭发动机靠的是喷出高速相对于火箭运动的燃气来产生反作用力推动火箭，而整个发动机的重点就是如何将巨量的燃料和氧化剂高效且稳定的推入燃烧室。因为燃料不会自己跑进发动机，所以我们应该一个强有力的系统将燃料和氧化剂从巨型储罐中压入发动机。（整个火箭大部分都是燃料和氧化剂储罐，真的是绝大部分，如图）

  1.挤压式挤压式是通过高压气瓶里压缩的气体（通常是氦气）把燃料压入发动机的一种方式，这样的形式通常较为简单，也更方便制造。不过效率较低目前主要运用在小型火箭上，大型火箭用的比较少。

  2.泵压式这就是我主要要讲的方式了，泵压式顾名思义就是使用涡轮泵对燃料和氧化剂进行增压。这样的形式相对复杂但也更高效，目前主要的火箭的芯级主发动机用的都是这种方式。好了，那么问题来了，是什么推动了这个涡轮泵呢？当然也可以用电机驱动，但这样性能很低。所以现在就要来讲最重要的地方了：火箭发动机的燃烧循环。

  燃烧循环火箭发动机的燃烧循环方式有很多种（要详细划分的话可能有十几种），不过由于篇幅有限我只讲其中最典型的两种：燃气发生室循环和分级燃烧循环

  燃气发生室循环这是最简单的燃烧循环，首先燃料和氧化剂（分开的）会通过一个非常快速地旋转的涡轮泵的叶片，通过叶片后会被加速和增压（涡轮泵里的叶片就像船后面的螺旋桨一样非常快速地旋转推动液体）然后燃料和氧化剂的其中一部分被送进了一个叫作燃气发生室的小容器，而剩余的继续前进（之后我会讲）。那一小部分燃料和氧化剂会以相差很大的比例送入燃气发生室（如果氧化剂多就叫富氧，如果燃料多就叫富燃）为何需要这样呢？因为燃气发生室没有像燃烧室那样的散热系统和坚固性所以通过富氧或富燃来使燃烧不充分。这么多东西被注入到燃气发生室后会进行燃烧产生的燃气会通过一个管道通入和之前我说的那个涡轮泵相连的涡轮机这个涡轮机会被推动，然后通过一根轴连到之前的涡轮机，从而推动燃料和氧化剂进入主燃烧室。然后推动完涡轮机的燃气会当作废气排出（不产生推力）

  分级燃烧循环分级燃烧循环来了！分级燃烧循环是一种更为先进且性能更高的燃烧循环，理论上它可以比燃气发生室循环的理论比冲提高百分之十（关于比冲等火箭参数和单位我会单独出一篇文章，敬请期待）不过它的技术也会相对困难一些。首先燃料和氧化剂会通过一个涡轮泵然后被加速和增压（似曾相识…）接着这些燃料和氧化剂会通过管道输送，然后其中的全部燃料（全部都要）和大部分氧化剂（现在有一种更先进的方式是把全部的氧化剂都送进去，这便是所谓的全流量分级燃烧循环（猛禽，be4））会被送进一个叫作预燃室的容器里（不是燃气发生室）在里面燃烧后燃气会高速推动涡轮机，从而推动涡轮泵然后加速燃料和氧化剂，最后在完成推动后这些高压燃气会被注入到燃烧室里面和剩余的氧化剂燃烧。

  以上就是火箭发动机的燃烧循环的原理了。下面说一下之后那些燃料和氧化剂会怎样产生推力。

  喷注器火箭的燃料和氧化剂在完成了上述对涡轮泵的推动后会被注入到燃烧室内，所谓燃烧室就是一个大号的燃气发生室，它的结构非常坚固，目前主要的火箭发动机的燃烧室都是圆柱型，而在这个圆柱型的顶端有一个长相奇怪的圆盘——喷注器。喷注器是火箭发动机里又一个很重要的部件，它的设计会直接影响到火箭的稳定性和性能。喷注器看起来就像一个布满小孔的圆盘，燃料和氧化剂就会从中喷出并相撞，然后燃料和氧化剂会破碎成小液滴并最后雾化。接着点火器会点燃这些雾气。最后发生燃烧。（关于喷注器的具体可以看我另一篇文章6541359）

  拉瓦尔喷管现在高温燃气慢慢的开始快速燃烧了这样一个时间段燃气已经在膨胀了，可是如果现在就喷出去的话因没有充分加速所以性能很低，所以现在要让那些燃气加速，通过改变喷管的横截面积，在燃气达到不一样速度时设计不同的横截面积，在燃气还在亚音速时喷管的横截面积随着往下变小，这一段叫作亚音速收敛段，后面当燃气突破音速后横截面积又开始变大，这一段叫作超音速扩张段、膨胀段。而这一种喷管构型是所谓的拉瓦尔喷管（以发现者的名字命名）如图

  最后这些高温高速燃气就会从火箭后端被喷出产生巨大的推力，火箭发动机的大概原理是如此。

  真正的火箭技术是极端复杂的，以上内容连基础都不算，只能说是科普，如果你觉得有所收获不妨点个赞或者加个关注，我之后会持续不断地出新的内容，不止是火箭发动机，我可能会出很多其它文章如果喜欢留个关注呗！火箭大佬们如果点进了这个文章那就当图一乐吧。如果本文有任意的毛病可以评论指出，最后谢谢耐心看完的人的支持！