Какова эффективность Rocketdyne F-1A по сравнению с F-1?

Rocketdyne F-1 должен был быть оснащен новым турбонасосом и газогенератором без изменения конструкции других основных компонентов. Это должно было привести к увеличению тяги примерно с 1 522 000 фунтов для F-1 до 1 800 000 фунтов для F-1A. Удельный импульс на уровне моря должен был вырасти с 265 секунд до 269-271 секунды, а давление в камере должно было увеличиться с 1015 фунтов на квадратный дюйм до 1161 фунтов на квадратный дюйм.

Однако размеры камеры сгорания и соотношение площадей сопла не изменились; так почему же F-1A с более высоким давлением имеет более низкий удельный импульс вакуума в 303 секунды по сравнению с F-1 в 304–305 с?

Я знаю, что Astronautix применяет «шестисекундное улучшение удельного импульса» как для вакуума, так и для уровня моря Isp, что означает 270 с SL и 310 с Vac. Однако другие отчеты расходятся во мнениях; и во время моих поисков оппозиция увеличилась в числе.

Почему повышение давления без изменения размеров камеры может привести к снижению эффективности?

Могло ли это быть испытание на уровне моря (F-1A никогда не летал), где вакуумные испытания фактически проводились при неидеально низком давлении воздуха, а не без него?

Если бы через газогенератор проходила более высокая доля топлива, это могло бы привести к более низкому удельному импульсу, но у меня нет данных по этому поводу. В двигателях газогенераторного цикла топливо, сжигаемое в газогенераторе, не способствует увеличению тяги и, таким образом, снижает эффективность двигателя.
Я предполагаю, что это могло бы работать для многих ракетных двигателей типа GG; но выхлоп газогенератора F-1 направлялся в нижнюю часть сопла, а не полностью сбрасывался за борт, как у F-1B (в любом случае это, вероятно, не добавило бы большой тяги). Однако, если бы это было так, не был бы КПД двигателя ниже и на уровне моря? Если узел газогенератора потребляет больший процент массового расхода топлива, не должны ли потери Isp продолжаться на протяжении всей эксплуатации F-1A?
Ваш вопрос немного бессвязный, я пытался ответить только на эту часть: «Почему повышение давления без изменения размеров камеры может привести к снижению эффективности?»
Да жаль. Большинство моих вопросов таковы... Но тем не менее, и F-1, и F-1A имеют одинаковые размеры камеры и сопла, и оба направляют выхлоп ГГ в удлинитель сопла. В то время как F-1A может использовать больше топлива для насоса, это приводит к более высокому расходу и давлению в камере, что в сочетании с тем же соотношением площадей, похоже, должно привести к более высокому Isp.

Ответы (1)

Может быть странно отвечать на мой собственный вопрос, но для тех, кто интересуется…

https://archive.org/details/nasa_techdoc_19740077747/page/n91

В приведенном выше отчете о программе назначения задач F-1A указан удельный импульс на уровне моря в 268,8 с при номинальном уровне тяги 1800 фунт-сил и соотношении O:F 2,27: 1. Идеальное давление в камере было в районе 1146 фунтов на квадратный дюйм, что намного выше 982-1015 фунтов на квадратный дюйм базовой конструкции F-1. Максимальная тяга при испытаниях на уровне моря составила около 1840 клбс, что соответствует удельному импульсу ближе к 270 с.

Вакуумные характеристики F-1A увеличили удельный импульс до 306,2 с при соотношении O: F 2,484: 1, что привело к увеличению тяги до 2 054 500 фунтов силы. Эффективное давление в камере могло возрасти до 1172 фунтов на квадратный дюйм в результате увеличения мощности комбинированного газогенератора с 44 МВт до 56,7 МВт (77 000+ л.с.).

Информация, которая побудила меня задать этот вопрос, по-видимому, была основана на моделировании высотных испытаний, которые не смогли снизить давление окружающей среды достаточно низко, чтобы обеспечить идеальные характеристики вакуума. Другая возможность заключается в том, что статические испытания не включали изменение соотношения смеси (которое также происходило пассивно при обычной работе Saturn V F-1) и приводили к менее эффективному вакуумному горению.

Таким образом, повышенное давление в камере без изменения размеров сопла приводит к более высокому удельному импульсу на уровне моря и в вакууме, как и ожидалось. Вакуум Isp 306,2 с выгодно отличается от 304-305 F-1, так же как удельный импульс на уровне моря 268,8-269,7 с выгодно отличается от 265 с F-1.

Просто дай знать.

Приветствуются ответы на ваши вопросы, +1
Так же, как и! Спасибо за ответ. Ссылка в ответе тоже довольно интересна - показывает, насколько переменными могут быть характеристики двигателей F-1. Я чувствую, что он был более восприимчив к условиям полета, чем другие двигатели, но это могло быть более очевидным из-за того, насколько он был массивным.
Какова эффективность Rocketdyne F-1A по сравнению с F-1?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v