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武器火箭彈和導彈的動力裝置跟航天運載火箭引擎有哪些異同?

  • 火箭炮或稱噴進砲是炮兵裝備的火箭彈射裝置,通常為多發聯裝式,主要作為火箭彈的發射點火具,同時為火箭彈提供一定的初始射角和方向。
  • 導彈 (missile) 是本身有動力、有誘導能力且在空氣或是太空中移動的彈藥。有誘導能力但沒有動力的彈藥稱作導引炸彈,有動力但是沒有誘導能力的彈藥稱作火箭。
  • 運載火箭是航天運載工具的一種,是將有效載荷按照預定的速度和方向送入太空的火箭。一般情況下,運載火箭將有效載荷送入軌道。完成任務後,運載火箭被拋棄。運載火箭是航天技術發展中重要的一部分。

孟德爾童鞋回答的內容已經基本足夠說明情況了,我再補充點兒火箭發動機的知識……
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航天用火箭,和火箭彈的推進裝置,目前來說據我所知只有火箭發動機一種。而常見的火箭發動機,分為液態和固態兩種。
導彈的推進方式,有採用火箭發動機的,也有採用噴氣式發動機的,也有採用衝壓發動機的
如果說火箭彈和導彈採用的火箭發動機稱為軍用款,航天用的火箭的發動機稱為民用款,那麼軍用款大部分是固態火箭發動機,民用款大部分是液態火箭發動機。
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固態火箭發動機的推進劑(燃料和氧化劑)顧名思義是固體的。
優點是可以在裝好推進劑後出場,長期保存隨用隨點,價格低廉技術簡單;
缺點是一點著那就是最大推力,加速度很難調整;推進過程中很難對推力進行調整,只能根據工況預先設計好推進劑的裝填形狀啥的來調整推力;工作時間較短;不能重複開啟,點著了停不下來;而且比沖小(消耗同樣多的推進劑產生的推力小)。
可以簡單地理解成為類似黑火藥的東西,一鎚子買賣。
著名的RPG-7和白楊-M導彈採用的就是固態火箭發動機。

RPG-7的剖面圖,可以看出來火箭發動機的結構極其簡單,所以才能「濃縮」成這麼小一坨。

液態火箭發動機的推進劑則是液態的。
優點是比沖大(消耗同等數量的推進劑產生的推力比固態火箭發動機要大),推力可以隨時調整,可以多次啟停;
缺點是需要一套複雜的系統用來輸送燃料,並控制混合比和推力大小,導致整個系統複雜度上升;但通常來說液態火箭發動機的燃料不能在燃料箱里長期保存,發射前才能進行加註,所以靈活性遠不如固態火箭發動機。
土星-5火箭上的F-1火箭發動機則為液態火箭發動機。

蘇聯的一票液態火箭發動機,結構相當複雜吧嘎嘿。

所以,對於大部分民用款來說,推力大、把盡量大的重量送入軌道是第一需求,所以民用款普遍是液態火箭發動機,因為攜帶同樣多的推進劑,採用液態火箭發動機能夠打的更高,攜帶的載荷也可以更重。相比之下複雜的燃料加註系統,以及發射前反應時間較長的缺點在民用中是可以忍受的。
圖為我國長征系列火箭加註一、二級火箭的推進劑時的照片,由於長征系列採用的推進劑為四氧化二氮+偏二甲肼有毒性,所以加註人員都是全副武裝。(跑個題,這防毒面具我也有……)

這張圖也是為長征系列火箭加註燃料,但這個圖中工作人員沒有帶防毒面具,我估計是長征三號系列火箭的第三級採用的是液氫-液氧作為推進劑,僅僅是低溫而無毒的原因。

對於大部分軍用款來說,隨用隨打、靈活可靠是第一需求,所以軍用款大部分是固態火箭發動機。但也有部分探空火箭或者降雨用的火箭雖然是民用款,但出於便於維護的考慮,也採用了固態火箭發動機。早期的部分軍用款由於固體火箭發動機技術不過關,也有採用液態火箭發動機的,但相對的反應速度和時間就大幅度下降。但在早期,能用是最重要的,所以有時也顧不得那麼多。
V2火箭的發射陣地模型,注意旁邊的燃料罐:

SA-2防空導彈由於出現時間比較早,第二級也採用了液態火箭發動機,可以看到圖中半挂車車頭附近有個小罐子,那罐子就是用來裝推進劑的。

東風3導彈的發射車及相關配套,附近的應該就是燃料加註車。

以及央視里出現的二炮加註的鏡頭。

除了技術不過關導致的以外,部分洲際導彈為了提高打擊能力和射程,採用了液態火箭發動機。但這一類的導彈通常都採用發射井發射,比較複雜的相關配套設施不用移動,所以也可以接受。同時,各國也積極開發比較穩定、可以長期儲存的液態燃料,比如和平衛士的末段就是液態火箭發動機,但採用的是可儲存型燃料
很抱歉,由於這些ICBM都是高度機密,所以我真心是沒有啥特別詳細的照片……不過可以放一張wiki上的圖,和平衛士扔核彈時的景象……超美的素不素!!但是也超可怕的……

毛子那可怕的、發射重量達200噸、可以扔出去十個分導式核彈頭的SS-18也採用了液態火箭發動機,從下面的圖片里能看出來,噴出的火焰帶著四氧化二蛋分解出來的黃褐色的二氧化氮……這個色彩我們應該很熟悉,每次長徵發射時都會有這中黃褐色煙霧出現。

至於採用固體火箭發動機的民用款,典型就是圖裡的催雨火箭。你總不能指望山溝溝里來一套燃料加註系統是吧……


1 火箭彈
火箭彈就是原始的無制導火箭,裡面是固體燃料。這玩意是一鎚子買賣,主要依靠發射架調整彈道,推進劑燃盡後(最長也就幾秒)慣性飛行。

肩扛式的火箭彈比如RPG,要求出膛前推進劑燃燒完畢,否則會燒到人。

火箭彈和火箭/導彈最關鍵的區別在於飛行控制,火箭彈一般無法修正姿態,發動機只能向後噴,穩定一般是靠彈體旋轉,新產品會有一些氣動控制和,但是主要還是用於保持彈道穩定,和導彈沒法比。
而火箭和導彈的制導和姿態調節就複雜多了,發動機是帶矢量控制的。

2 火箭
運載火箭絕大多數都是液體燃料。具體下面還分燃料種類發動機循環方式什麼的就不提了。最大的特色其實是矢量噴口,通過調整噴口方向來改變推力方向。這樣無論是在高空還是宇宙,都可以調整姿態。
另外火箭發動機不是全程工作的,入軌後就結束任務了。

3 彈道導彈
早期彈道導彈和火箭是不分的,導彈無非就是制導複雜一點的火箭而已。很多火箭型號和洲際導彈其實是同一個東西。人類第一顆人造衛星就是R7洲際導彈發射的。
但是後來任務複雜化,區分就明顯了。比如核潛艇的潛射導彈,或者陸地機動的導彈,對體積,長度,發射準備時間都有要求。
在技術允許的情況下,彈道導彈還是儘可能採用固體燃料,縮短準備時間。而且彈體也儘可能短粗,方便裝到潛艇里。
但是固體燃料不適合用在火箭上,因為這類發動機推力可調節性差,沒有二次啟動能力,終止也比較麻煩,總之精確性不如火箭。為了提高精確度,有的導彈在末級有液體助推發動機。

4 大氣層內飛行的導彈
防空導彈,空空導彈,反坦克導彈之類。
一般來說這類導彈都傾向於使用固體燃料,也有混用液體燃料的,比如SA7。

反坦克和空空導彈排除體積和射程差異的話,基本可以算同一類東西。它們的推進器都是全程燃燒的,燃料燒完就落地上了,這和火箭彈很不一樣。比較先進型號的空空導彈會用矢量噴口,提高效率。簡單的型號還是靠彈翼的氣動控制改變方向。

經樓下提醒,更正,空空導彈的發動機不是全程燃燒的,後半程實際上是慣性飛行。反坦克導彈兩者都有。

肩扛反坦克導彈和肩扛火箭彈容易搞混,前者有制導,發動機全程推進,後者相反。而且反坦克導彈是先用火箭彈的推進器打出去,飛出一定距離再啟動火箭發動機。

防空導彈相當於有機翼的彈道導彈,或者說複雜化的空空導彈,調整方向是矢量推力和氣動控制結合的。早期也有單用氣動控制的。

5 巡航導彈
巡航導彈(飛航導彈)是特別容易誤會的一種。它本質上就是一架無人飛機,裡面裝的是飛機的噴氣發動機。起飛階段可能有火箭助推器。因為只有飛機發動機才可能滿足幾個小時的飛行時間要求。
有些反艦導彈也符合飛航彈的彈道特徵,但用的是火箭發動機,這種導彈一般射程極近,已經沒有「巡航」的色彩了。

別的圖王博涵老師都發了,我就補一個巡航導彈的。
這是KH35的結構,可以看到下面有進氣道,發動機在尾部。


早期的話,沒區別,當時能有個火箭發動機就不錯了,直接互相借用。

到現代的話,論相同點——其實沒什麼絕對的共通點,火箭彈基本一定是固體燃料火箭發動機;導彈用渦輪/渦噴/衝壓/火箭發動機的都有,液體燃料的雖然很少見了,但即使俄羅斯也還有服役的,中國兩伊印巴在役的液體燃料導彈就更多了;運載火箭上固體燃料由於技術天生缺陷,從來沒有成為過主流,只在助推器上有過應用,主力發動機一水的液體燃料火箭發動機。

他們的差別主要源於所需性能不一致:

  1. 運載火箭要求最高的性價比,對反應速度基本沒需求,對發射精度要求也不是很高,尤其是一、二級火箭,只要求推力和比沖夠,最終軌道高度和傾角預先計算,最後靠第三級微調,不需要末端機動而且可以遙控。
  2. 導彈要求最快的發射速度,最好的機動特別是末端機動能力,足夠的獨立工作能力,最好是在發射之後導彈不需要外界輸入也不應該被外界輸入所影響,最好還能夠隱身,此外對於巡航導彈,還要求足夠低的油耗以便提高射程。
  3. 火箭彈本質是一種廉價武器,所以成本是排在第一位的,其他東西一概能省則省,由於普遍採取覆蓋射擊,精度要求也不高,實際上,火箭彈的制導設備可以理解為火箭架提供方向輸入,彈翼提供方向穩定性,或者說把控制設備剝離為可重複使用了。

由此,他們的不同之處就可以列出來:

運載火箭:高性價比,低反應速度,機動能力要求低

  1. 採用液體燃料火箭發動機,使用前需要12-24小時加註燃料,準備時間長,但性價比高,火箭性能好。
  2. 火箭機動主要依靠燃氣舵,只能進行微調,且其工作模式預先計算完畢並輸入。
  3. 通過控制「發射時間」來控制最終軌道,只有第三級才具有有限的遙控機動能力進行軌道調整。

導彈:反應速度快,機動性要求高

  1. 普遍使用固體燃料火箭發動機,使用前只需要一個點火動作,反應速度最快,對於中長程彈道導彈,也可能由於技術限制,不得不用液體燃料。
  2. 除巡航導彈外,大部分導彈的發動機只工作一小段時間,之後依靠慣性飛行,這樣還可以獲得隱身的好處,由於固體發動機不能二次點火,因此對於有末端機動需求的,或者採取小型發動機(彈道導彈),或者採取渦輪/渦噴發動機持續工作(巡航導彈),或者依靠氣動舵面(所有導彈)。
  3. 燃氣舵效率低,除彈道導彈和空空導彈外用的不多。
  4. 衝壓發動機由於需要2馬赫以上的初速,除少數機載導彈上可以直接使用外,其他都需要配備助推器加速後在啟動。
  5. 衝壓發動機用的助推器要和輔助助推器分開,輔助助推器目的是把導彈推離一定距離再點火,這樣可以保護髮射載具,或者用於水下發射時推出水面。

火箭彈:便宜,不要精度不要機動,射程也不需要多高

  1. 火箭彈使用最簡單,最廉價的固體火箭發動機,瞄準功能由發射器提供,大致計算後即可發射。
  2. 一般只配備穩定翼,更低端的只靠自旋穩定,至於燃氣舵——太高大上了。
  3. 新一代火箭彈有部分增加了制導設備和控制舵面,不過……這似乎應該改名為導彈了吧。

火箭彈不了解,說說運載火箭和彈道導彈的區別。
很多很多年前(當然說的是美蘇),火箭和導彈差距不大,都是液體燃料的,比如東風5。

大家可以看到,液體火箭導彈的優點:推力大,成本低(相比較固體燃料而言),可控性高。缺點:體積大(所以基本不可能機動發射,只能裝到發射井發射架上),準備時間長(液體燃料發射前幾個小時才加註燃料,如果停止發射,燃料還要搞出來,然後換燃料箱)。
一般來說,火箭都是發射衛星啊,載人空間器神馬的,重量比較大,所以需要大推力的工具,所以液體火箭。而且火箭發射不著急,提前很久就要做準備工作,基本不需要緊急發射。
導彈就不一樣了,為了保證二次核打擊力量,必須要有機動能力,導彈太大不行,小了射程太近也不行,只能靠固體火箭。而且前面說了,液體燃料需要幾個小時的加註時間,人家的核彈10+分鐘就飛過來把你核平了,所以固體火箭的不需要加註的特性也十分重要。

東風31導彈,可以進行公路機動,是中國最重要的二次核反擊力量之一。
下面比較一下火箭和導彈的大小,你感受一下(可惜沒找到圖,自己腦補):
長征二號F火箭(神舟飛船就這貨發射的):
高度62米
直徑3.35米
質量464噸
級數2
東風-5洲際彈道導彈
彈長:32.6米
彈徑:3.35米(長征二號系列的東風5有很密切的關係不是吹的)
彈重:183噸
兩級
液體燃料
東風-41洲際彈道導彈(以下數據肯定都是國家機密,只能是大概,來源互聯網,與本人無關)
彈長16.5米
彈徑2.78米
彈重63.5噸
三級
固體燃料


忍不住要再次總結總結,關於上面的回答總感覺不夠簡明。
個人認為:
液體火箭發動機推力靈活穩定,而且耐燒蝕工藝更好做,可以降低材料成本等等等等優點最重要的是比沖大,燃料製造更加經濟。需要說明的是,固體葯柱是需要幾年一換的,不然會由於化學反應導致結構變化,最終變得不穩定,很可能會爆炸的,但是又不得不時刻準備著。再加上比沖大很多倍,所以液體燃料總是經濟的。
固體葯柱的好處一是便於攜帶發射,另一個是結構簡單,可以做的很小,所以廣泛用在武器上。液體發動機由於燃料供應的泵、閥門系統還有噴灌的冷卻系統等等總是做不小的。
雖然跟題目不大相關,但總是有點相關的嘛。。。

不過為什麼美國太空梭發射的兩個大火箭用的固體的呀?????誰能解答一下啊?


火箭彈發動機以固體火箭發動機為主。方便,廉價,但是發射過程中具體飛行情況不受控制。導彈和火箭彈在發動機上差異不太大吧(應該是這樣)。航天火箭一半會是用液體燃料,因為主要是體現一個在太空中軌道的修正。所以需要燃速等可控制。
總之呢,固體燃料的有點體現在方便,廉價,而且從生產火箭彈的時候就已經裝填好了推進劑。液體燃料裝填複雜,綜合成本較高,但是有一項最大的優勢,就是燃燒時候可控制。(一般搞航空的都不差錢,所以成本的劣勢這一點基本可以忽略)


慚愧,看到時才發現,王博涵同學回答的已經相當全面了。


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