RL10火箭發動機
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，農神五號和穿梭機。
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
[編輯]- 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
現行設計
[編輯]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
[編輯]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和戰神五號。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
[編輯]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
[編輯]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
[編輯]- ^ 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）.
- ^ Atlas Centaur 2. NASA NSSDC. [2009-07-20]. （原始內容存檔於2008-10-18）.
- ^ Delta 269 (Delta III) Investigation Report (PDF). Boeing. [2009-07-20]. （原始內容 (PDF)存檔於2001-06-16）.
- ^ Jupiter Launch Vehicle – Technical Performance Summaries (html). [2009-07-18]. （原始內容存檔於2009-01-29）.
- ^ CECE. United Technologies Corporation. [2009-07-20]. （原始內容存檔於2009-01-23）.
- ^ Throttling Back to the Moon. NASA. 2007-07-16 [2009-07-20]. （原始內容存檔於2007-07-26）.
- ^ 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）.
