默林火箭发动机

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SpaceX默林1A 发动机

默林火箭发动机是一种由spaceX研制的火箭发动机,他们被用于猎鹰1号猎鹰9号火箭上。默林采用燃气发生器循环,使用RP-1液氧作为推进剂。默林发动机在设计上考虑了海上回收和重复使用。默林发动机是美国在21世纪中除洛克达因RS-68外所研究的第二款火箭发动机。[1]

默林引擎使用了最早在阿波罗计划中登陆舱所使用的喉栓式喷嘴。推进剂通过一个涡轮泵输出,进入燃烧室。同时,涡轮泵也提供高压液体驱动液压控制器,之后进入低压燃料入口。这样排除了对独立的液压动力系统的依赖,这意味着不会出现由于液压耗尽而失去对推力方向的控制。涡轮泵的第三个用处是提供侧向推力来控制火箭自旋。

原型与变形[编辑]

共有三种不同版本的默林1C发动机在生产中。其中,猎鹰1号上使用的是可以活动的涡轮泵排气装置,用于通过引导废气来控制火箭自旋。用于猎鹰9号上第一级的默林发动机几乎和用于猎鹰1号上的一样,区别在于,猎鹰9号上的涡轮泵排气装置是不可以活动的。之后,默林真空版用于猎鹰9号的第二级。默林真空与猎鹰9号第一级上使用的发动机的区别在于,前者使用了更大的喷口,使其能在真空条件下发挥更大的推力,同时允许节流阀工作在60%-100%之间。

型号发展[编辑]

默林1A[编辑]

最初的版本默林1A,使用一种便宜的一次性的烧蚀冷却碳纤维复合材料喷口,产生340KN的推力。默林1A只飞行了两次,第一次在2006年3月24日,发射之后不久因为燃料泄漏而起火,导致发射失败[2][3] 。第二次在2007年3月21日,这次发射非常成功。[4]默林1A在这两次发射中都被用在猎鹰一号的第一级上。[5][6] 之后,设计了SpaceX全新的涡轮泵。 虽然设计上有一些类似Fastrac(一个被NASA终止的火箭引擎研发项目),但是从内部设计和外部设计上可以看出,他们是明显不同的两个设计。[7][8][9] 法兰盘的位置,外壳的轮廓和在液氧泵上减少了一个独立诱导轮都可以看出明显的不同。两个涡轮本都是由巴贝尔-尼克尔斯公司设计的,这是让他们看起来相似的唯一原因。同时,NASA Fastrac 发动机也只有默林发动机推力的一半。

默林1B[编辑]

spaceX为猎鹰1号开发了默林1B火箭发动机,它是默林1A的升级版,能够产生380KN的推力。默林1B通过增强涡轮泵来加强推力(从1490KW到1860KW)。 起初, SpaceX打算将默林1B用于猎鹰9运载火箭,那将会有一个包含9个引擎的引擎组,但是由于猎鹰1号的发射失败,SpaceX开始转向热交换冷却的默林1C的开发。于是默林1B再也没有被用作运载火箭发射。[5][6]

默林1C[编辑]

默林 1C使用再生冷却系统。2007年11月,它完成了一个170秒的完整点火[10][11]2008年8月它的首次任务是将猎鹰一号送上天,,[12]2008年9月,装备默林发动机的猎鹰一号将载荷送到了轨道上。[13] 2010年6月默林1C帮助猎鹰九号完成了第一次飞行[14] 配置在猎鹰一号上时, 默林1C的海平面推力为78,000英磅力(350千牛頓), 真空推力为90,000英磅力(400千牛頓) 真空比冲为304秒。在这种配置下发动机每秒消耗300英磅(140公斤)推进剂。对该发动机做的测试表明,单台发动机能连续工作27分钟,大约是十次飞行任务时间的总和。 [15]

当配置到猎鹰1E和猎鹰九号上时,默林1C的海平面推力为125,000英磅力(560千牛頓), Isp 为300秒。[16]

默林真空1C[编辑]

在2008年3月10日,spaceX公布了成功测试默林真空发动机。作为默林1C发动机的一个变种,默林真空采用了更大的排气部分和一个更大的扩张喷口,以此来在太空的真空环境下最大化引擎的效率。燃烧室通过热交换散热。2.7米长[17]锆铌合金制成的[18]扩张喷口是通过辐射散热。引擎提供411KN的推力,在真空条件下有342s的比冲。[19]

在2010年1月2日,第一台默林真空引擎进行了全时间测试[20]。在2010年6月4日,它被用于猎鹰9号的2级火箭发动机,进行猎鹰9号的第一次飞行。在全功率下,默林真空发动机实现了美国制造的碳氢燃料火箭引擎的最高效率。[21]

一个计划外的默林真空发动及的改进实验在2010年12月进行。之后,在猎鹰9号第二次飞行之前不久,默林真空发动机的铌锆合金喷口上发现了两条裂缝。在发射之前两天,工程师的解决方案是,裁掉下面的1.2米的喷口。因为即便没有长喷口带来的额外推力,也能完成此次任务。最后,虽然用了比较短的喷口,发动机依然把第二级送上了11000千米高的轨道[17]

性能诸元[编辑]

  • 类型:液体火箭发动机
  • 循环方式:燃气发生器循环
  • 推力(海平面):556 kN
  • 推力(真空):616 kN
  • 推重比:96
  • 燃烧室压力:6.77 MPa[18]
  • 比冲(真空):304.8 s
  • 比冲(海平面):275 s
  • 净重:630千克
  • 直径:1,250 mm

参考资料[编辑]

  1. ^ SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9
  2. ^ Berger, Brian. Falcon 1 Failure Traced to a Busted Nut. Space.com. 2006-07-19. 
  3. ^ Findings of the Falcon return to flight board. SpaceX.com. July 25, 2006. 
  4. ^ Demo Flight 2 Flight Review Update (PDF). SpaceX. June 15, 2007. 
  5. ^ 5.0 5.1 Whitesides, Loretta Hidalgo. SpaceX Completes Development of Rocket Engine for Falcon 1 and 9. Wired Science. 2007-11-12 [2008-02-28]. 
  6. ^ 6.0 6.1 Gaskill, Braddock. SpaceX has magical goals for Falcon 9. Nasa Spaceflight. 2006-08-05 [2008-02-28]. 
  7. ^ Page 15
  8. ^ Image
  9. ^ Image
  10. ^ SpaceX Completes Development of Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine. Business Wire. November 13, 2007. 
  11. ^ SpaceX Completes Development of Merlin Regeneratively Cooled Rocket Engine. SpaceX. November 13, 2007 [2009-03-12]. 
  12. ^ Clark, Stephen. Sweet Success at Last for Falcon 1 Rocket. Spaceflight Now. 2008-09-28 [2011-04-06]. "the first privately-developed liquid-fueled rocket to successfully reach orbit." 
  13. ^ Clark, Stephen. Sweet Success at Last for Falcon 1 Rocket. Spaceflight Now. 2008-09-28 [2011-04-06]. "the first privately-developed liquid-fueled rocket to successfully reach orbit." 
  14. ^ Boyle, Alan. Shuttle successor succeeds in first test flight. MSNBC. June 4, 2010 [2010-06-05]. 
  15. ^ SpaceX Completes Qualification Testing of Merlin Regeneratively Cooled Engine for Falcon 1 Rocket, 新聞稿. SpaceX. 2008-02-25. 
  16. ^ Falcon 1 Users Guide (Rev 7) (PDF). SpaceX. 8. 2008-08-26. 
  17. ^ 17.0 17.1 Klotz, Irene. SpaceX Sees ISS Meet-up in 2011. Aviation Week. 2010-12-13 [2011-02-08]. "The second stage went up to 11,000 km.—and that’s with the shortie skirt" 
  18. ^ 18.0 18.1 Dinardi, Aaron; Capozzoli, Peter; Shotwell, Gwynne. Low-cost Launch Opportunities Provided by the Falcon Family of Launch Vehicles (PDF), Fourth Asian Space Conference. Taipei. 2008. 
  19. ^ SpaceX Falcon 9 upper stage engine successfully completes full mission duration firing., 新聞稿. SpaceX. 2009-03-10 [2009-03-12]. 
  20. ^ Full Duration Orbit Insertion Firing. SpaceX. 2010-01-02. 
  21. ^ SpaceX Falcon 9 Upper Stage Engine Successfully Completes Full Mission Duration Firing. SpaceX. 2009-03-10 [31 March 2011].