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RL10火箭發動機

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RL10發動機參數表

RL10火箭發動機是美國研製的第一種液氫燃料火箭發動機,其改進版現用於多種運載器,土星一號的第二級使用六台,半人馬座上面級使用一至兩台,德爾塔-4運載火箭上面級使用一台。曾有提案將該發動機用於農神一號,農神一B號,農神五號穿梭機

該發動機第一次地面試車是在1959年,成品的第一次飛行是在1963年11月27日。[1]在這次飛行中,兩台RL10A-3驅動宇宙神火箭的半人馬座上面級。這次飛行是用來檢驗火箭結構完整性和性能表現。[2]

工作原理為:全部液氫由氫泵加壓進入燃燒室壁結構再生冷卻加熱成氣態氫,然後推動一個渦輪,最後進入燃燒室作為燃料。因為推動渦輪的動力來自於氫加熱後的膨脹,所以這個方式被稱為膨脹循環。渦輪與氫泵直接連接,同時通過一個減速齒輪結構驅動氧泵,液氧則通過氧泵加壓後直接進入燃燒室。

真空推力6.8 t。該發動機1963年投入使用。它可用作宇宙神、大力神、雷神及土星運載火箭上面級的動力裝置。

原始RL10性能參數

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  • 推力(高空): 15,000 lbf (66.7 kN)
  • 燃燒時間: 470 s
  • 工作循環: 膨脹循環
  • 比沖: 433 s (4.25 kN·s/kg)
  • 乾重: 298 lb (135 kg)
  • 高度: 68 in (1.73 m)
  • 直徑: 39 in (0.99 m)
  • 噴管膨脹比: 40:1
  • 推進劑: 液氧 & 液氫
  • 推進劑流量: 35 lb/s (16 kg/s)
  • 承包商: 普惠公司(洛克達因)
  • 應用: 農神一號 / S-IV 6台,半人馬座上面級 2台
德爾塔四型使用兩台RL10B-2

現行設計

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RL10一直在改進,最新型號是RL10B-2,用於德爾塔四型第二級,德爾塔三型第二級。為了提高性能,現行設計已比RL10原設計變化很大,其中一個顯著變化是採用可延長噴管,使用電控萬向節以減輕重量並增加可靠性。目前發動機比沖為462 s,排氣速度4.53 km/s。

RL10B-2
  • 推力 (高空): 24,750 lbf (110.1 kN)
  • 工作循環: 膨脹循環
  • 燃燒時間: 1,152 秒
  • 比沖: 462 s (4.53 kN·s/kg)
  • 乾重: 664 lb (301 kg)
  • 高度: 163 in (4.14 m)
  • 直徑: 87 in (2.21 m)
  • 膨脹比: 250:1
  • 混合比: 5.88:1
  • 推進劑: 液氫&液氧
  • 推進劑流量: 氧化劑 41.42 lb/s (20.6 kg/s), 燃料 7.72 lb/s (3.5 kg/s)
  • 承包商: 普惠
  • 應用: 德爾塔三型/四型 第二級 1台

RL10B-2燃燒室的一處焊接裂縫被查證時導致運送獵戶座-3通信衛星的德爾塔三型運載火箭失敗的元兇。[3]

另一個改進版本是RL10A-4-2,用於宇宙神五號的上面級。

RL10的其他應用

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四台經改進可節流的RL10A-5用於麥道公司的DC-X

DIRECT計劃的3.0版本提議使用一系列有公共核心級的火箭來代替戰神一號戰神五號。推薦將RL10作為提案中J-246和J-247運載器的第二級發動機。[4]計劃採用7台RL10組成的木星上面級代替戰神五號的地球出發級

RL10的未來應用

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2005年,NASA宣佈獵戶座太空船計劃,其中月球着陸艙(LSAM)的下降段和上升段都採用氫氧發動機(上升段原始計劃採用液氧/甲烷發動機)。出於推進劑的考慮,且計劃飛船將從赤道軌道降落到月球極地區域,NASA決定採用四台RL10為下降段提供主動力。

目前,用於德爾塔三型/四型的RL10B-2推力可低至最大推力的20%,但由於月球着陸艙需要在月面盤旋並平穩着陸,RL10需要改進到最力10%的推力,此外加強性能和應用於載人太空船的改進也必須進行。採用RL10使NASA在登月項目上節約大量資金。

通用可擴展低溫發動機

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通用可擴展低溫發動機(CECE)是用於研發具有良好節流性能的RL10的試驗品,NASA與洛克達因公司簽訂了CECE驗證機製造協議。[5]2007年它成功達到了11:1的節流比,但尚未間歇性燃燒現象。[6]2009年,NASA宣佈試驗成功從104%節流到8%,是同類發動機的新紀錄。間歇性燃燒現象也被改進後的噴注器和推進劑餵送系統消除。[7]

參考

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  1. ^ Renowned Rocket Engine Celebrates 40 Years of Flight. Pratt & Whitney. November 24, 2003 [2009年7月20日]. (原始內容存檔於2011年6月14日). 
  2. ^ Atlas Centaur 2. NASA NSSDC. [2009-07-20]. (原始內容存檔於2008-10-18). 
  3. ^ Delta 269 (Delta III) Investigation Report (PDF). Boeing. [2009-07-20]. (原始內容 (PDF)存檔於2001-06-16). 
  4. ^ Jupiter Launch Vehicle – Technical Performance Summaries (html). [2009-07-18]. (原始內容存檔於2009-01-29). 
  5. ^ CECE. United Technologies Corporation. [2009-07-20]. (原始內容存檔於2009-01-23). 
  6. ^ Throttling Back to the Moon. NASA. 2007-07-16 [2009-07-20]. (原始內容存檔於2007-07-26). 
  7. ^ NASA Tests Engine Technology for Landing Astronauts on the Moon. NASA. Jan 14, 2009 [2009-07-20]. (原始內容存檔於2009-10-28). 

外部連結

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