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火箭发动机，人类玩火的极致（六）——单燃烧室最强推力，实现“阿波罗”登月计划
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2019-12-16 08:15:25 字号：A- A A+ 来源：观察者网

F-1火箭发动机涡轮泵的切面图，单轴结构

推进剂被泵出后，除了少部分导入燃气发生器，其余部分全部注入燃烧室，但是与液氧直接送入燃烧室不同，煤油燃料需要先经过火箭发动机喷管表面，冷却喷管并预热煤油，之后再被注入燃烧室。

开式泵压循环，燃气发生器（预燃室）里面的燃气最终排入尾焰，没有前苏联RD-170的全流量分级燃烧循环先进，但F-1的这种设计结构简单，更为可靠

环抱喷管外周的是涡轮排气管，其上部分为推力室，是由178根管子焊接而成，小管子里面流过低温煤油既冷却了推力室，又预热了推进剂。排气管下部，是喷管延伸段，涡轮排气流经延伸段，起到冷却作用，最终在尾焰中燃尽

另一方面，流经涡轮后的废气被排出之前，需要再给换热器提供余热。这里的换热器由液氧和氦气螺旋管组成，安装在涡轮排气管的壳体内，来自涡轮的热气加热液氧螺旋管和氦气螺旋管里面的液氧与氦气，分别给液氧贮箱和燃料贮箱增压（增压的目的，笔者在之前的文章中已解释）。给换热器加热之后，涡轮管内的排气使命还有最后一项要完成，那就是冷却火箭发动机喷管的延伸段。最后，全部进入尾焰中燃烧。

红色方框内是换热器的位置，其中液氧螺旋管内的液氧流量为3~5磅/秒，氦气螺旋管内的氦流量为0.4~1.0磅/秒

对于发动机推力向量控制，推力向量变化由整台发动机摆动获取。常平座轴承位于推力室顶部，作动器连接点由推力室上两外伸支架提供。作动器并非发动机部件，发动机绕常平座承轴在每一个作动面方向上最大可正负位移6度。

F-1发动机设计寿命启动20次，总工作时间2250秒。研制中，发动机总工作时间超过了5000秒，但液氧泵叶轮和涡轮泵集合管是在3500秒时更换的。很显然，F-1发动机大大超过了设计规范。

F-1火箭发动机试验寿命记录

以毒攻毒燃烧不稳定问题巧妙解决

F-1发动机的研制之路并非是一帆风顺，如此巨大的单燃烧室液体火箭发动机，解决其燃烧不稳定现象是紧要问题。所谓燃烧不稳定，简单来说就是推进剂在燃烧室内没有充分混合燃烧，造成一边冷一边热的难题。

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标签阿波罗计划单燃烧室 NASA F1火箭发动机泵压循环均匀混合燃烧
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