液體火箭發動機（英文名：羧基液體丁腈橡膠 推進劑 rocket engine），又稱液體推進劑火箭發動機，是使用液態化學物質作為能源和工質的化學火箭推進系統。常用的液體氧化劑有液態氧、四氧化二氮等，燃燒劑由氫氣、偏二甲肼、煤油等，兩者儲存在不同的儲箱中。
1903年，俄羅斯的科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基提出了液體火箭發動機的構想。1926年，美國火箭學家羅伯特·哥達德成功的制作出了人類第一枚液體燃料火箭（汽油和液氧）。2022年11月5日，由中國航天科技集團六院自主研制的中國最大推力液體火箭發動機首次整機試車圓滿成功。2023年07月12日，全球首枚液氧甲烷火箭朱雀二號成功發射。2025年12月3日，可重復使用液態氧甲烷運載火箭朱雀三號遙一在東風商業航天創新試驗區發射升空，按程序完成了飛行任務，火箭二級進入預定軌道。
液體火箭發動機主要由推力室、渦輪泵、燃氣發生器（或預燃室）、火藥啟動器和各種閥門、調節器、管道等組成。液體火箭發動機是航天運載器的主要動力裝置，具有功能全、性能高、任務適應強、技術難度大、研制周期長等特點，也是航天運載器最復雜的產品之一。
歷史沿革
1903年，俄羅斯的科學家康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基提出了液體火箭發動機的構想。俄羅斯帝國時期齊奧爾科夫斯基也繪制出了液體火箭的原理結構草圖并推導出了“火箭方程”。1926年，美國火箭學家羅伯特·哥達德成功的制作出了人類第一枚液體燃料火箭（汽油和液態氧）。2022年11月5日，由中國航天科技集團六院自主研制的中國最大推力液體火箭發動機首次整機試車圓滿成功。2023年07月12日，全球首枚液氧甲烷火箭朱雀二號成功發射。2025年12月3日，可重復使用液氧甲烷運載火箭朱雀三號遙一在東風商業航天創新試驗區發射升空，按程序完成了飛行任務，火箭二級進入預定軌道。
原理
液體火箭發動機工作時，推進劑和燃料分別從儲箱中被擠出，經由推進劑輸送管道進入推力室。推進劑通過推力室頭部噴注器混合霧化，形成細小液滴，被燃燒室中的火焰加熱氣化并劇烈燃燒，在燃燒室中變成高溫高壓燃氣。燃氣經過噴管被加速成超聲速氣流向后噴出，產生作用在發動機上的推力，推動火箭前進。
代表型號
YF-102發動機
YF-102發動機，是中國航天六院研制的首臺開式循環、可重復使用液氧煤油發動機，部分核心組件采用3D打印，具有可靠性高、經濟性好等特點，綜合性能達到同類發動機的國際先進水平。2023年4月2日，作為天龍二號商業火箭的一級動力，成功實現首飛。
YF-102V發動機
在一級YF-102發動機基礎上衍生的二級YF-102V發動機，YF-102發動機技術基礎和主要組件結構基本相同，采用成熟的生產工藝，具有高可靠性。
?YF-209液氧甲烷發動機?
YF-209液氧甲烷發動機，真空推力780千牛，具備深度變推能力，任務起動次數3次以上，重復使用次數30次以上。
技術特點
液體火箭發動機的工作特性，加之日益復雜的環境剖面和任務剖面，液體火箭主發動機呈現獨特的技術特點，具體包括如下幾點。
工作過程機理復雜
發動機過渡過程系統沖擊振蕩、組件多場耦合（如燃燒不穩定、流致振動等）、柔性轉子次同步振動等問題歷史上曾多次導致發動機故障，并需花費很大代價去解決（如F-1、J-2等發動機高頻不穩定燃燒，SSME、LE-7、YF-75等氫氧發動機次同步振動）。但至今機理尚未完全明確，設計仿真方法亦不成熟，導致對試驗依賴強，發生故障解決改進困難。特別是對于大推力發動機，與尺度效應相關的燃燒穩定性、渦輪泵軸向力平衡、轉子穩定性等問題將更為突出。
載荷環境復雜惡劣
發動機載荷環境復雜惡劣，主要表現為：①運行載荷極端，包括高極值轉速、壓力、熱流、溫度、起動過程熱沖擊（可超過3000K/s）等。②動態載荷多源寬頻高量值，由燃燒組件振蕩燃燒、渦輪泵周期旋轉流體脈動及流體激振、供應系統流體脈動和沖擊等產生的激勵載荷在從低頻到高頻范圍都有較高能量（如某發動機起動過程燃氣發生器最大壓力脈動沖擊達20MPa、振動沖擊達5000g；額定工況推力室、渦輪泵0~10kHz振動均方根達500g）。③載荷傳遞復雜、多場耦合作用顯著。
發動機高推重比要求結構輕質化，復雜惡劣的載荷環境使發動機強度和疲勞壽命存在裕度低、不確定性強、失效模式復雜等突出問題。
系統和結構復雜度高
發動機高性能、高推重比通過極致的氣液系統、緊湊的總體布局、高比強度材料應用、組件輕質化和集成化為設計等實現，導致發動機系統和結構的高復雜度，給制造和使用帶來很大難度，主要表現為：①在組件加工方面，部分特種制造技術難度大（如極端尺度精密成型或加工、難加工材料高效去余量、特種焊接和涂鍍層制備等）；工序工藝過程對結構材料性能影響難以測試評估。②在總裝總測方面，組件精密對接、裝配一致性保證、裝配狀態（多余物、裝配誤差、應力等）檢測等難度大。③在使用維護方面，發動機接口少、環境和條件受限，快速檢測處理、狀態評估、維修維護難度大。
燃料類型與特性
理論上任何能夠以液態儲存，與氧化劑混合下足以產生快速或者是爆炸性燃燒的化學物質都可以做為液態火箭發動機的燃料來源。如航天飛機的主推進火箭發動機是使用液態氫做為燃料，液態氧做為氧化劑。
常見的液態火箭燃料可以概略區分為需要特殊裝置儲存，或者是能夠在火箭燃料箱里面保存一段時間兩類。需要特殊裝置的燃料像是上述的液態氫和液態氧，它們需要加壓和冷卻設備，在燃燒前保持在液體的狀態下。這一類的液態火箭燃料多半是在發射前才會輸入到火箭的燃料槽當中。
另外一類燃料是在一般環境下就是以液態存在，不需要另外的設備維持。早期這一類的燃料的腐蝕性很高，即使可以放在火箭的燃料箱里面，也無法常年的儲放，因此也是在需要的時候才輸入火箭的燃料箱當中，假如等待時間過長，還是需要將燃料抽出，檢查發動機和燃料槽與相關的管線，必要的時候還可能需要清理或者是更換。而在處理或者是運輸的過程當中，周遭人員都必須穿戴防護衣服，假如與人體直接接觸，很可能會有致命的危險。德國在二次大戰時期使用的Me163火箭攔截機曾經發生過液態燃料流入駕駛艙，將飛行員溶解的意外。
后期的液態燃料轉向于簡化儲存和使用上的手續和措施。這些燃料能夠在火箭燃料槽儲存較長的時間，腐蝕性較低，火箭發射前的準備時間較短，反應較為迅速。不過這種燃料的儲存年限仍是一定的，只是大幅延長。譬如蘇聯在他們第三代的彈道導彈使用的液態燃料上，能夠在燃料槽當中儲存7年而不必經常抽出檢查。
優缺點
液態火箭發動機的比沖值普遍優于固態火箭發動機。
液態火箭發動機可以間歇性的使用，固態火箭發動機很難分段使用。
液態火箭發動機需要有相關的管線與加壓設備，相對于固態火箭發動機復雜許多。
液態火箭燃料的腐蝕性使得在燃料槽當中儲存的時間較短，需要定期更換與檢查。
發展趨勢
從航天運輸系統液體火箭主發動機的發展情況來看，有如下趨勢。
研究方向
液體火箭主發動機發展經驗總結和未來發展需求分析表明，制約發動機技術和應用水平，對發動機研制有重大影響的關鍵技術問題主要包括推力深度調節、燃燒穩定性控制、復雜流動控制、結構疲勞可靠性評估與壽命控制、先進材料與制造、故障診斷與健康管理6個方面。
推力深度調節技術
背景與挑戰
發動機推力深度調節是運載火箭優化飛行程序，提升運力的有效途徑，也是重復使用火箭實現垂直回收的必要手段。如Angara-A5芯級發動機RD-191推力調節范圍為27%~105%，Super Heavy-Starship主發動機F-22戰斗機推力調節范圍為20%~100%。
發動機推力深度調節時，系統和組件經歷復雜非穩態過渡過程轉至低工況，并以大范圍偏離額定點參數運行，導致系統穩定性、組件適應性等問題突出。如RL10A-1發動機推力下調時，推力室發生低頻不穩定燃燒，通過在液態氧中噴注0.4%的氦提高噴注壓降抑制解決。
研究方向
包括推力調節全工況特性及系統穩定性仿真、燃燒組件低工況穩定燃燒與可靠冷卻、渦輪泵大范圍軸向力平衡與轉子穩定性控制、調節元件寬工況高精度調節等。
2.高精度推力調節策略及控制律
包括控制變量選取及控制回路設計、高精度推力調節算法、推力-混合比多變量協同控制等。
任務設想
背景與挑戰
燃燒不穩定危害大、機理復雜、試驗觀測和仿真預示困難，一直以來都是發動機研制的難點。美國為解決F-1發動機推力室不穩定燃燒問題，歷時4年，用108種噴注器進行了1332次全尺寸推力室試驗。蘇聯通過77個燃氣發生器132次熱試，考核58種混合頭部，才確定RD-170發動機燃氣發生器頭部方案。
先進發動機的發展趨向使燃燒穩定性控制面臨新的挑戰。一方面，不穩定燃燒發生可能性變高。大推力高性能增加了高頻不穩定燃燒發生概率；推力深度調節增加了低頻不穩定燃燒發生概率。另一方面，常規控制措施對于寬工況的適用性尚待檢驗。
研究方向
1.噴注霧化燃燒及響應機理精細化研究
包括噴嘴、隔板、流量分區等方案及結構參數對燃燒穩定性影響規律，推進劑超臨界噴注霧化及燃燒特性，低噴注壓降高效霧化燃燒，燃燒組織及能量釋放控制等。
2.不穩定燃燒解析模型及控制方法
通過深化對線性模型、非線性模型2類理論分析方法研究，利用試驗結果不斷修正模型，提升預示精度。同時，結合試驗數據建立半物理仿真模型，發展半定量化預測方法。
3.不穩定燃燒試驗及測試技術
針對同類型發動機統籌建立霧化混合、噴注器動力學、噴注器和燃燒室聲學、低壓燃燒模擬、縮尺高壓燃燒模擬等試驗體系。利用粒子圖像速度場儀（Particle Image Velocimetry, PIV）和平面激光誘導熒光測量系統（Planar Laser Induced Fluorescence, PLIF）等先進光學測試技術對霧化混合燃燒過程進行觀測分析，利用高頻壓力脈動和機械振動傳感器對燃燒室脈動振動特性進行測試分析，為發展完備的理論—預測—試驗體系提供驗證平臺。
復雜流動控制技術
背景與挑戰
包括渦輪泵、自動器、管路等在內的發動機供應系統流態復雜，高壓高流密強湍流、多尺度、多工況、兩相等特征顯著，使得仿真精度低、試驗相似度差，且易誘發系統振蕩和流體激振，造成系統不穩定、中頻不穩定燃燒、渦輪泵軸向力大、轉子共振、組件振動大等問題，嚴重制約發動機性能及可靠性的提升。SSME、LE-7和Vulcain發動機均發生過旋轉空化引起泵同步或超同步振動過大問題。
如何優化流場、降低流動擾動量，始終是發動機研制關注的重點，但是也面臨嚴峻挑戰。包括：①多源多尺度多場耦合等導致通過仿真獲得激勵源擾動特性和結構響應特性困難。②地面模擬驗證困難，一定程度上導致相關問題長期機理不清、改進措施有效性得不到充分驗證。
研究方向
1.非定常流動精細化研究
開展激勵源非定常流動精細化仿真和測試研究。數值仿真需在數值格式、物理模型、邊界條件等方面進一步提高；測試分析則需在邊界條件和傳播特性識別等方面進一步加強。
2.三維流固耦合計算方法
針對燃氣系統聲固耦合、渦輪泵旋轉空化激振、動靜干涉激振、間隙密封激振等典型問題建立耦合計算方法。在此基礎上，逐步發展為考慮全系統全耦合的流體激振分析方法。
3.流體激勵—結構響應—安全評價多維度工程分析方法
發展復雜流動及其影響問題的多維度工程快速分析方法，建立流動與激振幅值間的對應關系，并通過宏觀試驗結果進行驗證，為流動優化控制及結構安全評估提供重要支撐。
結構疲勞可靠性評估與壽命控制技術
背景與挑戰
一次性使用發動機，高靜載基礎上疊加強振動導致的高周疲勞破壞是最主要的疲勞失效模式。而對于可重復使用發動機，反復起動關機與變工況過程還將引起低周疲勞損傷及高低周復合疲勞損傷，對于熱端部件還將產生熱疲勞損傷、蠕變損傷以及疲勞—蠕變耦合損傷等。
結構疲勞可靠性評估與壽命控制面臨的挑戰包括：載荷譜復雜難辨識，材料疲勞特性等基礎數據匱乏，疲勞可靠性驗證試驗子樣小，疲勞壽命對材料工藝散差敏感，多學科多失效模式耦合并存，準確合理的疲勞壽命評估方法不完善等。
研究方向
1.疲勞載荷譜和結構材料疲勞性能研究
針對疲勞關鍵件壽命評估和試驗驗證需求，研究與服役過程匹配的載荷譜和與疲勞失效模式匹配的疲勞載荷譜。同時開展關鍵件結構材料疲勞性能試驗研究，特別是焊縫、接頭等薄弱環節。
2.疲勞可靠性評估方法研究
結合發動機疲勞載荷譜與疲勞性能數據，針對不同部組件的疲勞失效模式特征，發展針對性的疲勞可靠性評估方法，實現多學科耦合、多失效模式并存的疲勞可靠性評估。
3.實時在線壽命耗損計算方法研究
綜合先進測試技術與大數據方法，發展系統仿真—流熱載荷仿真—結構疲勞可靠性仿真的聯合仿真技術，建立發動機壽命可靠性限制關鍵件的實時在線損傷累積、壽命耗損評估算法，為發動機低成本、高可靠壽命控制提供技術支撐。
先進材料與制造技術
背景與挑戰
先進發動機的發展需要先進材料與制造技術的支撐。如蘇聯為RD-120、RD-170發動機研制了低溫高強耐酸鋼、耐高溫高壓富氧燃氣的鎳基高溫合金與抗氧化涂層等新材料新工藝，保障了發動機高技術指標的實現。但是，高強度難加工金屬、復雜成型或加工工藝的應用也導致發動機生產周期和成本居高不下，已不能適應現役型號高密度發射、新研型號快速迭代的需求。
材料與制造技術發展面臨的挑戰包括：①發動機結構復雜度和載荷密度日益提升，對先進材料工藝的需求日益迫切，但同時要求成本低、效率高、穩定性好。②發動機研產量不斷增長，傳統固定工位、集中裝配模式已無法適應，且總裝總測各環節均有待提升自動化和智能化水平。
研究方向
1.輕質化、長壽命材料
包括超高強度鈦合金、鋁合金、鈦鋁合金、輕質鈮合金、復合材料等輕質化材料的工程化應用；長壽命摩擦副材料、涂鍍層等的發展應用等。
2.先進制造工藝
推動精密鑄/鍛/旋壓、粉末冶金、先進可靠焊接、精密裝配等制造技術的發展。推動增材制造技術的應用，充分發揮其簡化工藝流程、支持復雜拓撲結構設計等方面的優勢，提升制造效率和質量。
3.制造過程檢測技術
開展制造過程原位在線檢測技術研究，加強對原材料/鑄件/鍛件/焊縫、釬焊縫、復雜型面、噴注孔、多余物等的檢測，并推動測試設備和測試過程的自動化，提升產品過程質量監控水平。
4.智能裝配及檢測技術
發展基于裝配單元的發動機脈動裝配模式，并利用先進測試建模仿真技術，開展實作模型構建、實作—幾何模型比對、導管模型重建與虛擬裝配、運動學仿真擺動干涉檢查、有限元仿真裝配應力分析等研究，形成覆蓋“裝配—測試—分析”的智能裝配及檢測體系，實現高效精準總裝總測。
故障診斷與健康管理技術
背景與挑戰
液體火箭主發動機是航天運載器故障多發部位。1957—2007年全球火箭失利統計顯示，發動機故障約占51%。為提高航天運載器的可靠性、安全性和經濟性，需對發動機運行情況進行有效的故障檢測、隔離、預測和控制。Saturn-5、航天飛機、Falcon-9等曾多次檢出發動機故障并實施動力重構，挽救了飛行任務。
故障診斷與健康管理技術發展面臨的挑戰包括：故障發展迅速，早期特征微弱難檢測；系統復雜，故障仿真物理模型難以準確建立；故障模式多樣，樣本小，模擬試驗難開展；工況多變，運行測試數據分布差異性大，檢測信號強非平穩、強干擾；傳感器測試可靠性和準確性有待提升等。
研究方向
1.早期微弱故障有效診斷技術
針對發動機多發典型故障，深化故障機理和特征參數研究，并發展測試參數強干擾微弱特征提取技術，實現發動機早期故障的有效診斷。
2.多源參數融合的健康管理技術
充分挖掘發動機多源物理信息的因果和映射關系，辨識健康管理有效信息源。開展緩、速變等多源參數融合的健康管理方法研究，為高準確率故障診斷與健康評估提供理論基礎。
3.先進測試診斷技術
提高傳感器可靠性與準確性，同時發展先進特種測試診斷技術，如基于微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）的微型傳感器、原位無損檢測、光學診斷等，全面獲取發動機運行信息。
參考資料 >
液體火箭發動機.中國大百科全書.2024-10-16
我國發布三款商用液體火箭發動機.新浪財經.2023-12-16
國內首次！液體火箭發動機重復使用.今日頭條.2023-12-16
認識液體火箭發動機.北斗衛星導航系統.2023-12-16
我國最大推力液體火箭發動機首次整機試車圓滿成功.中國政府網.2023-12-16
固體火箭和液體火箭有什么區別?最全面的科普文來了.澎湃新聞.2023-12-16
中國航天再獲突破!全球首枚液氧甲烷火箭朱雀二號成功發射.央視網.2023-12-16
朱雀三號重復使用運載火箭發射入軌.新華社-今日頭條.2025-12-03
綜述與述評 | 李斌：液體火箭主發動機技術現狀與發展建議.前瞻科技雜志.2024-10-16