| F-1 | |
|---|---|
| F-1 motorok az S-IC színpadon a Saturn V rakéta megalkotójával, Wernher von Braunnal | |
| Típusú | LRE |
| Üzemanyag | Kerozin RP-1 |
| Oxidálószer | folyékony oxigén |
| égésterek | egy |
| Ország | USA |
| Használat | |
| Üzemelési idő | 1967-1973_ _ _ _ |
| Alkalmazás | " Saturn V " (első szakasz, S-IC ) |
| Fejlődés | F-1A, F-1B |
| Termelés | |
| A teremtés ideje | 1959 |
| Gyártó | Rocketdyne |
| Súly és méret jellemzői |
|
| Súly | 9 115 (száraz - 8 353) kg |
| Magasság | 5,79 m |
| Átmérő | 3,76 m |
| Működési jellemzők | |
| tolóerő |
Vákuum: 790 tf (7,77 MN ) Ur. tenger: 690 tf (6,77 MN ) |
| Specifikus impulzus |
Tengerszint: 263 s Vákuum: 304 s |
| Munkaórák | 165 s |
| Nyomás az égéstérben |
7 MPa (69,1 atm ) |
| Bővítési fokozat | 16 |
| Oxidálószer/üzemanyag arány | 2.27 |
| Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon | |
Az F-1 egy amerikai folyékony hajtóanyagú rakétamotor (LRE), amelyet a Rocketdyne fejlesztett ki . A Saturn V hordozórakétában használják . Öt F-1 motort használtak a Saturn V, S-IC első szakaszában . 2008 -ban [1] ez volt a legerősebb egykamrás rakétahajtómű.
A motor üzemanyagként RP-1 kerozint , oxidálószerként pedig folyékony oxigént használt .
Az RD-170 folyékony hajtóanyagú rakétamotor (740 tf tolóerő) és a Space Shuttle szilárd hajtóanyagú oldalerősítő létrehozása előtt az F-1 rakétamotor volt a legerősebb repülő rakétahajtómű. . 2018-ban a valaha repült legerősebb egykamrás folyékony hajtóanyagú rakétamotor (az M-1 motor tolóereje nagyobb volt, és próbapadi tesztelve volt, de soha nem használták).
Az F-1-et eredetileg a Rocketdyne fejlesztette ki, válaszul az USAF 1955-ös kérésére, hogy képes legyen egy nagyon nagy rakétahajtómű megépítésére. Ennek a kérésnek a végeredménye két különböző motor lett, az E-1 és a nagyobb F-1. Az E-1 motort, bár sikeresen fűtötték a padkán, gyorsan felismerték, mint technológiailag zsákutcát, és törölték a nagyobb, erősebb F-1 javára. Az Egyesült Államok légiereje ezt követően leállította az F-1 további fejlesztését, mivel nem volt ilyen nagy hajtóműre alkalmazás. Az ebben az időszakban létrehozott NASA azonban nagyra értékelte az ilyen teljesítményű motor előnyeit, és szerződést kötött a Rocketdyne-nel a fejlesztés befejezésére. Az F-1-es blokkok tesztelése 1957-ben kezdődött. Egy teljesen összeszerelt kísérleti F-1 első tűzpróbáját 1959 márciusában végezték el [2] .
Az F-1-es motorok hét éves fejlesztése és tesztelése komoly problémákat tárt fel az égés instabilitásával kapcsolatban, ami néha katasztrofális balesetekhez vezetett. A probléma megoldásán végzett munka kezdetben lassú volt, mivel időszakosan és kiszámíthatatlanul jelent meg. A motorfejlesztés több évig tartott, melynek során 1332 teljes méretű égéstér -tesztet végeztek 108 befecskendezőfej opcióval és több mint 800 elempróbával. A munkálatok összköltsége meghaladta a 4 milliárd dollárt. Finomításra a következő területeken került sor: az égéstér akusztikus veszteségének növelése hűtött terelőlemezek bevezetésével és hangelnyelők beépítésével; az égési zóna erősítő tulajdonságainak csökkentése a porlasztás minőségének romlásával; az égési zóna nyújtása az égéskamra hossza mentén; a légfüggöny üzemanyag-fogyasztásának csökkentése [3] [4] .
Végül a mérnökök kifejlesztettek egy technikát az égésteren kívül található kis robbanótöltetek (amelyeket "bombának" neveztek) tangenciális fúvókákban történő felrobbantására tűzpróbák során. Ez a módszer lehetővé tette a kamra nyomásugrásra adott válaszának meghatározását. A tervezők gyorsan kísérletezhettek különböző fúvókafejekkel, hogy megtalálják a legfenntarthatóbb megoldást. Ezeken a problémákon 1962 és 1965 között dolgoztak [5] [6] . A végső kialakításban a motor égése annyira stabil volt, hogy a mesterségesen előidézett instabilitást egy tizedmásodperc alatt önállóan el tudta oltani.
George Miller szerepéről a földi megbízhatósági tesztelési programban [7]A Saturn-5 rakétarendszerek repülés előtti tesztelésének sajátossága volt, hogy példátlan alapossággal biztosították a rakétarendszer megkövetelt nagy megbízhatóságát. A NASA Pilóta Repülési Igazgatóságának egyik vezetője, George Edwin Miller , aki a rakétarendszer megbízhatóságáért volt felelős, a rakétahajtómű földi próbapadi tesztelésében bízott. <...> Az 1960-as évek elején a Marshall Űrközpontban egyedülálló padbázist hoztak létre . Tartalmaz egy lőállványt az F-1 hajtóművek tesztelésére és több állványt a Saturn-5 hordozórakéta (LV) első, második és harmadik fokozatának repülés előtti tűztesztjéhez, valamint állványokat a hordozórakéta statikus és dinamikus teszteléséhez. LV felfüggesztett állapotban . Az F-1 motorok teljes üzemideje több mint 18 000 s volt. A tesztelés utolsó szakaszában a motort 20 alkalommal kapcsolták be anélkül, hogy leemelték volna az állványról, miközben üzemideje 2250 s volt.A hajtóművek repülésre való alkalmasságának háromlépcsős ellenőrzését biztosítottuk: minden egyes hajtóműpéldány két ellenőrző tűzpróbája a rakétafokozatba történő beszerelés előtt, egy harmadik tűzpróba egy szakasz részeként. A hajtóművek megbízhatóságának ellenőrzésére szolgáló ilyen technika igen időigényes és anyagilag költséges volt, de alkalmazása kifizetődő volt a hajtóművek problémamentes működésével a teljes Hold-program alatt [8] .
A NASA a Space Launch System program részeként versenyt rendezett az oldalsó erősítők fejlesztésére azzal a céllal, hogy 2015 végéig győztest válasszanak ki. 2012-ben a Pratt & Whitney Rocketdyne egy folyékony nyomásfokozó alkalmazását javasolta az F-1 új verziójával. [9]
2013-ban a NASA mérnökei úgy döntöttek, hogy az F-1-et építő mérnökök előző generációjára tekintenek. Az SLS nehézhordozó-fejlesztési programjának részeként az F-1 motoros gázgenerátort tesztelték. [10] A teszt a Marshall Űrközpont fiatal mérnökeinek köszönhető, akik leszerelték és 3D-s szkennelést végeztek egy F-6090- es hajtóművel, amelyet a törölt Apollo 19 küldetésben terveztek használni . A beérkezett rajzok szerint az F-6049 számú motorból új alkatrészeket szereltek össze a gázgenerátorhoz , amelyet teszteltek. [11] .
A tesztben részt vett a Pratt & Whitney , az Aerojet Rocketdyne és a Dynetics , és a boosterekért folyó verseny részeként a Pyrios nevű fejlesztést javasolták a Space Shuttle MTKK ötszegmenses szilárdtest-erősítőinek a korai verzióira tervezett űrrepülőgépek cseréjére. Űrkilövő rendszer. A Pyrios a tervek szerint egy folyékony nyomásfokozó lesz két F-1B motorral, és ha az SLS Block II-re szerelik, akkor 150 tonnát szállíthat alacsony referenciapályára . [12] .
A motor fő része az égéstér volt, amelyben az üzemanyagot és az oxidálószert összekeverték és elégették, tolóerőt létrehozva. A motor tetején egy kupolás kamra szolgált elosztócsatornaként, amely folyékony oxigént szállít a befecskendezőknek, és egyben egy kardán tartóként is szolgált, amely erőt továbbított a rakétatestre. E kupola alatt helyezkedtek el a befecskendezők, amelyeken keresztül az üzemanyag és az oxidálószer közvetlenül az égéstérbe került, ezeket úgy alakították ki, hogy biztosítsák az alkatrészek jó keveredését és égését. A tüzelőanyagot a fúvókafejhez külön elosztó csővezetékről szállították; a tüzelőanyag egy részét az égéstér teljes hosszában elhelyezett 178 csövön keresztül vezették át, amelyek a fúvóka majdnem teljes felső felét elfoglalták , majd visszatértek, hűtve a kamrát [13] [14] .
Az elgázosító kipufogógázaival egy turbinát forgattak , amely külön üzemanyag- és oxidálószer-szivattyúkat hajtott, amelyek az égéstér-rendszereket táplálták. A gázgenerátor 5500 ford./perc fordulatszámmal forgatta a turbinát, ami 55.000 lóerőt (41 MW) adott. Az üzemanyag-szivattyú percenként 58 564 liter RP-1 kerozint, míg az oxidálószer szivattyú 93 920 liter folyékony oxigént pumpált percenként. Az üzemi feltételeket tekintve a turbószivattyú 800 °C (1500 °F) gázgenerátor gázhőmérséklet és -180 °C (-300 °F) folyékony oxigén hőmérséklet közötti hőmérsékleti tartományt tudott elviselni. Az üzemanyagot a turbina csapágyainak hűtésére is használták, és az RB0140-006 ( cink-dialkil-ditiofoszfát ) adalékkal együtt a turbószivattyú fogaskerekeinek kenésére [15] .
Az égéstér alatt volt egy fúvóka fúvóka , amely a motor hosszának körülbelül a felét foglalta el. Ez a rögzítés a motor tágulási arányát 10:1-ről 16:1-re növelte. A turbószivattyús gázgenerátor kipufogóját egy nagy összetartó csővezeték vezette a fúvókához; ez a viszonylag hideg gáz egy réteget képezett, amely megvédte a fúvókát az égéstérből származó forró (3200 °C) kipufogógázoktól. [16]
Az F-1 1789 kg (3945 font) folyékony oxigént és 788 kg (1738 lb) RP-1 kerozint égett el minden másodpercben, 6,7 MN ( 1 500 000 font ) tolóerőt produkálva. Ez másodpercenként 1565 liter (413,5 US gal ) folyékony oxigén és 976 liter (257,9 US gal) kerozin áramlási sebességének felel meg. Két és fél perces működése alatt öt F-1-es hajtómű 68 km-es magasságba emelte a Saturn V boostert, így 2,76 km/s (9920 km/h) sebességet ért el. A Saturn V öt F-1 motorjának kombinált folyadékárama 12 710 liter (3 357 US gal) volt másodpercenként, ami 8,9 másodperc alatt tudott kiüríteni egy 110 000 literes ( 30 000 US gal) úszómedencét . Egy F-1-es hajtóműnek nagyobb volt a tolóereje (690 tonna), mint a három shuttle főhajtóműnek ( SSME ) együttvéve. [17] Egy F-1 tolóereje megközelítőleg megegyezik a modern Falcon 9 rakéta 9 hajtóműve első fokozatának teljes meghajtórendszerének tolóerejével, valamivel alacsonyabb hatásfokkal: Merlin 1D + 282 fajlagos impulzus nyomáson a 97 atm-es kamra. 265 s ellen 69 atm. az F-1-ben.
Boris Katorgin akadémikus nagyra értékelte az F-1 technikai tökéletességének fokát [18] .
Az F-1 motor tervdokumentációinak archívuma (12 kötet, összesen több mint 3800 oldal) szabadon hozzáférhető [19] .
2012 márciusában Jeff Bezos amerikai vállalkozó bejelentette, hogy az általa finanszírozott víz alatti régészek egy csoportja F-1 hajtóművek maradványait fedezte fel szonár segítségével az Atlanti-óceán fenekén , körülbelül 4300 méteres mélységben [20] [21] .
2017 májusában a felfedezett műtárgyak egy részét kiállították a Seattle -i Repülési Múzeumban [22] .