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史上最强悍火箭发动机将复活?  

2014-10-31 20:31:28|  分类: 影像韵味 |  标签: |举报 |字号 订阅

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史上最强悍火箭发动机将复活? - 司古 - 司古的博客
安塔雷斯火箭爆炸的火焰,又勾起许多美国人对F-1的怀念。别误会,这里说的F-1不是方程式赛车,而是当年把土星V送上天的F-1火箭发动机——它是史上最强劲的单喷管液氧煤油火箭发动机,堪称美国火箭发动机的骄傲杰作。苏联的RD-170和RD-171推力虽然比F-1分别高出11%和20%,但却是通过将4个燃烧室和4具喷管捆绑打包实现的,可谓胜之不武。M-1虽然设计推力更大,但只在部件层面进行过试验。遗憾的是,随着阿波罗计划完结,F-1的生产设施已当然无存,研制团队也老化消失。如今美国希望重拾F-1的经验,用于开发新一代SLS火箭。
来看看F-1,你就知道它是怎样的不俗。土星V那138英尺的第一级下面装有5台F-1,凭借单台150万磅的巨大推力——比航天飞机3台主发动机合在一起还大,5台F-1合力就能产生750万磅的神力,合3400吨,足以将3000多吨的土星V推离发射台升空。每台F-1高达19英尺,宽12英尺,自重超过18000磅。力气大,饭量自然也不小。5台F-1每秒钟就要烧掉超过15吨的液氧和煤油,好在第一级只工作两分半钟。等到它们耗尽燃料,土星V已经飞行到距地面68公里的高度,飞行速度达到每小时9920公里。
F-1的根并不在NASA,最初它是空军的研制项目,由航天企业Rocketdyne公司在1955年开发。NASA后来继承了该项目,自己进行了可行性研究,委托Rocketdyne继续开发。苏联在航天领域一系列领先锋行动对美国的刺激,以及美国随后筹措的探月/登月行动,都要求开发一种推力惊人的火箭发动机。于是F-1项目得以迅速推进。
F-1的核心部件是推力室,这里燃料与氧化剂将被混合并燃烧,产生推力。发动机顶部一个穹形的腔室负责将液氧提供给喷射器,同时还作为万向环安装座,后者负责将推力传递到火箭箭体。穹形腔室下方就是喷射器,它将燃料和氧化剂导入推力室进行混合和燃烧。燃料通过一根单独的总管输入喷射器,部分燃料先经过推力室周围178根管路向下流过然后回流,这一过程的目的是为了冷却灼热的喷管。
史上最强悍火箭发动机将复活? - 司古 - 司古的博客
F-1开始工作时,一台燃气发生器会率先启动,带动独立的燃料泵和液氧泵,向推力室供应煤油和液氧。在气体发生器的作用下,涡轮能以5500转/分的速度工作,功率达55000马力。燃料泵每分钟可以供应58560升煤油,而液氧泵每分钟则可以供应93920升液氧。想象一下,涡轮泵是在何种条件下工作:来自燃气发生器的高温气体温度大致在零上820摄氏度,而涡轮泵要输送的液氧却是零下184摄氏度!
推力室再向下是喷管延伸段,通常占到整台发动机高度的二分之一。因为延伸段的存在,发动机的扩张比从推力室部分的10:1增加到16:1。您一定会注意到盘绕在延伸段上的怪蟒一般的管子,那里是来自涡轮泵的废气,虽说这些废气温度高达几百度,但相比液氧煤油燃烧产生的3200摄氏度的明亮燃气,绝对算是不错的冷却气体——这根管子就是把涡轮泵废气排入喷管内部,形成一道冷却气膜,以保护喷管不会融化掉。
现如今美国计划中的SLS太空发射系统个头和重量都堪比当年的土星V,因此需要特大号的推进器,现有美国液体和固体推进其都不灵——计划取代RD-180的新一代发动机推力仅为50万磅。虽然复活这个巨人很困难,但这并未妨碍F-1凭借超强悍的表现成为SLS理想的技术选择方向,不过美国打算通过改进使其更现代,更简单,更可靠,而且还要更便宜。
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