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P****R 发帖数: 22479 | 1 理论科学家和实验科学家,共同奠定了国家的科学基础,设计师,工程师,工艺师
,一起建立了国家的工业基础,但如果没有富有远见的企业家,踏着市场的脉动让科技
之光照耀千家万户,科技只会成为战场上杀戮的利器或是炫耀自身文化的道具。埃隆·
马斯克正是这群企业家中的一员!
“猎鹰火箭”的前身源于NASA工程师低成本火箭的概念:就是采用相对便宜的液
氧煤油作燃料,提高干质比【火箭发射时的质量和火箭关机时的质量的比】使两级液氧
煤油火箭就能发射高轨道的卫星,同时尽量降低火箭发动机的费用,从而降低成本。埃
隆·马斯克2002年创立SpaceX公司之后,并没有打算自己制造发动机,一直在寻求购买
俄罗斯的火箭发动机。因为火箭发动机开发周期长,俄罗斯的液氧煤油NK-15火箭发动
机,推重比已经达到了133,已经可以满足“猎鹰火箭”的需要。加上对推重比超过100
的发动机,干质比12的火箭来说,火箭的燃料箱占火箭干重的70%,提高干质比通过减
轻燃料箱的重量效果显著。无奈俄罗斯拒绝卖火箭发动机给他,只能自己另起炉灶制造
低成本的发动机。
SpaceX公司靠自己挖来的人才,和国家实验室合法获得的资料,研制了最初的
Merlin【梅林】 1A发动机。Merlin 1A发动机的推力只有340千牛【34.7吨】,为猎鹰
一号火箭提供动力。因为没有有足够的技术团队,涡轮泵由Barber-Nichols公司提供。
紧接着就开始研制Merlin 1B,它是1A发动机的升级型号,涡轮泵仍然由Barber-
Nichols公司提供,海平面推力提高到380千牛【38.8吨】,海平面比冲261秒,真空比
冲303秒,这个指标即使对比美国老牌公司几十年前的MB-3液氧煤油发动机也惨不忍睹
。不过这个发动机从未上过天!
之后的Merlin 1C火箭发动机,海平面推力增加到350千牛【35.7吨】,还衍生出真
空版Merlin 1C发动机,真空比冲336秒,凭借面积比117的大型喷管在比冲上也不过是
和普通的高压补燃液氧煤油发动机相当。此时的Merlin 火箭发动机,虽然性能平庸,
但它仍然有它的技术亮点。采用针栓式喷注器,可以大范围调节推力,液氧和煤油的质
量比是2.17:1,用更多的煤油形成液膜来冷却发动机。这样可以使用高强度的钢材来
制造发动机,而不是用镍基合金来制造,节省了许多成本,这也是后来高推重比的原因
之一。【镍基合金强度比钢材差了三倍】
Merlin 1C还发展出Merlin 1C +发动机,改进型发动机性能有了很大提高,海平面
推力提高到56.7吨,比冲为275秒,真空比冲304秒,最重要的是它的重量只有653公斤
,比增推前的Merlin 1C还轻了3公斤,因此推重比提高到96,这也是Merlin 1系列发动
机首次在推重比上初现锋芒。
2012年Merlin 1D发动机开始试车,它的地面推力为67吨,真空推力74吨,燃烧室
压强从6.89兆帕提高到9.77兆帕。海平面比冲282秒,真空比冲320秒,比冲数据在传统
燃气发生器循环液氧煤油发动机位居榜首,至于真空版Merlin 1DV发动机的比冲更是达
到了347秒,媲美专门设计的真空版高压补燃液氧煤油发动机。Merlin 1D发动机在推力
提高了10吨,燃烧室压强大幅提高的条件下,发动机重量反而降低到约468千克,这使
它的推重比提高到约160,超过苏联时代的NK-15发动机,一跃成为人类液体火箭发动机
推重比最高的型号。
为什么会有那么大的提高?原因是采用了隔热涂层改进了冷却系统,提高了液氧和
煤油的质量比2.34:1,使燃烧的能量更高。不过为了继续使用高强度钢材,液氧和煤
油的质量比仍然比俄罗斯高压补燃液氧煤油发动机的2.65:1,低了许多。开式循环火
箭发动机只所以燃烧室压强低,是因为涡轮泵都是富燃料燃烧,要消耗大约3%的燃料【
这部分燃气都是低速喷出会降低比冲】。如果要提高压强就需要增加燃料的消耗,这样
比冲就会下降得更厉害。受到煤油结焦温度的影响,富燃燃气温度不能超过800度,因
此涡轮泵效率不高。Merlin 1D发动机的涡轮泵,燃气经过第1级涡轮温度降低后,通过
喷射氧气二次燃烧再次提高温度,推动第2级第3级轮泵,在不增加燃料消耗的基础上提
高燃料压强从而提高燃烧室压强。
SpaceX公司继续升级它的发动机研制了Merlin 1D+发动机,它的推力和推重比进一
步提高,真空推力提高到约84吨,推重比达到了180,同时发动机燃烧时压强进一步提
高到10.8兆帕,比冲略有提高。靠着Merlin 1D+推重比的提高和火箭燃料箱干质比的提
高,猎鹰九号V1.1全推力版,已经具备了垂直降落回收的动力条件。2015年12月猎鹰九
号V1.1首次发射,并成功实现陆上垂直降落回收。Merlin 1DV+改进的真空版进一步提
高,推重比达到了200,推力提高到93吨比冲达到348。Merlin 1D+主要做了几项改进:
将液氧和煤油的质量比提高到2.36:1 增加燃烧能量,使用碳陶材料制造喷管延长段减
轻重量,还改进了低压涡轮提高效率。
Merlin 1DV+,经过长时间的数据积累继续得到优化,据公司总裁肖特维尔透露,试
车时推重比达到了232,推力提高到109吨。和排在第2名的俄罗斯推重比133 NK-15发动
机,已经没有可比性。
理论科学家创造理论,实验科学家通过实践检验这些理论并获得实验资料,设计师
学习众多科学家的理论和资料,结合自己的实践经验设计具体的产品。工程师负责制造
流程解决工程问题,有的还要设计新的制造设备,工艺师负责提高工艺水平和发展新的
工艺。企业家负责经营和筹措资金,项目经理负责产品开发流程控制研发成本。过往的
经历证明:总设计师花钱都不靠谱,因此现代企业取消了总设计师,改为首席设计师。 | a********r 发帖数: 4013 | | P****R 发帖数: 22479 | 3 Merlin 1DV+推重比达到了232,推力提高到109吨。和排在第2名的俄罗斯推重比133
NK-15发动机,已经没有可比性。 | n********g 发帖数: 6504 | 4 谢分享
【在 P****R 的大作中提到】![](/moin_static193/solenoid/img/up.png) : Merlin 1DV+推重比达到了232,推力提高到109吨。和排在第2名的俄罗斯推重比133 : NK-15发动机,已经没有可比性。
| V********u 发帖数: 80 | | V********u 发帖数: 80 | | P****R 发帖数: 22479 | 7 米帝的思路的确新颖
【在 n********g 的大作中提到】![](/moin_static193/solenoid/img/up.png) : 谢分享
| P****R 发帖数: 22479 | 8 米帝的猎鹰如果被各国仿照,是对各国航天局的打脸。 |
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