新款猎鹰9火箭一级发动机布局方式从矩形改成圆形原因是 ...

2013-10-6 19:28 上传

我觉得确实能“简化安装工艺和流水线，方便到储箱管线布局”，因为只有两种安装格式：中心的和边上的；中心和边上之间的空隙比较大，方便安装中心的发动机；虽然边上的发动机之间比较拥挤，但是找到一个安装方法后就可以应用在8个发动机上。每个边上的发动机都相对旁边的发动机旋转一个角度，保证都是固定地某侧朝外。

而3x3的布局，每个发动机之间空间都不是很大，所以相互之间有影响，因此要考虑安装格式问题。而安装格式有多少种？若是发动机都是同一个方向安装，那么有9种不同格式。布局困难啊。

楠宫萧vn 发表于 2013-10-6 19:28
猎鹰9v1.1发动机只是升级到Merlin 1D，没换。
而且不仅发动机布局改了，
这么多发动机，怎么控制？

尼玛 发动机和喷口越多安全性和可靠性就相对越低
看看N1好吧

梦非若无 发表于 2013-10-7 01:01
尼玛 发动机和喷口越多安全性和可靠性就相对越低
看看N1好吧
并非这样，其实F9整体火箭的冗余度很高，坏一个发动机可以把对称位置的也关掉，剩下的发动机可以进行推力大小调节，而且可以增长燃烧时间保证任务完成。

第七炮兵 发表于 2013-10-7 03:16
并非这样，其实F9整体火箭的冗余度很高，坏一个发动机可以把对称位置的也关掉，剩下的发动机可以进行推力 ...
就是。不仅不降低安全性、可靠性，相反能够增加安全性和可靠性。上上次（v1.0的最后一次）的发射，有一个角上的发动机炸了，火箭还是进入了轨道。

俄罗斯现役的 联盟火箭 发动机也不少，安全性还是很高的，

不屈的灵魂 发表于 2013-10-7 07:47
俄罗斯现役的 联盟火箭 发动机也不少，安全性还是很高的，
联盟喷管多但是发动机不多。因为它的发动机是4喷管的。

根据NSF的不可靠消息，一级的两端安装有冷气推进器（高压氮气），负责无动力飞行阶段的姿控并兼任推进剂沉底的ullage settling motor，蚱蜢的姿控也是用冷气推进器，另外，二级滑行段的姿控据说也是冷气推进器。

而且梅林发动机没有节流功能，最大动压区减推人家直接关发动机；直到这次梅林1D才有30%的节流能力

eovelword_av 发表于 2013-10-6 23:27
这么多发动机，怎么控制？

根据NSF的不可靠消息，一级的两端安装有冷气推进器（高压氮气），负责无动力飞行阶段的姿控并兼任推进剂沉底的ullage settling motor，蚱蜢的姿控也是用冷气推进器，另外，二级滑行段的姿控据说也是冷气推进器。

而且梅林发动机没有节流功能，最大动压区减推人家直接关发动机；直到这次梅林1D才有30%的节流能力

并非这样，其实F9整体火箭的冗余度很高，坏一个发动机可以把对称位置的也关掉，剩下的发动机可以进行推力 ...
N1一样可以将故障机对称端的发动机关闭，剩下的发动机延长燃烧时间。但发动机故障并不只有失去推力这么简单，更多的是直接炸了，这个你再怎么弥补都没用。

ion 发表于 2013-10-7 11:36
N1一样可以将故障机对称端的发动机关闭，剩下的发动机延长燃烧时间。但发动机故障并不只有失去推力这么简 ...
上上次发射的那个就炸了一个发动机，不过好像因为相互之间有防炸隔板，所以没有影响到别的发动机。

锻铁 发表于 2013-10-7 12:09
上上次发射的那个就炸了一个发动机，不过好像因为相互之间有防炸隔板，所以没有影响到别的发动机。
也不尽然，很多火箭爆炸事故，比如挑战者、大部分N1这些的，其实都和发动机没半点关系。
·
不过话说回来，几十年前的技术没做到的，现在说不定就解决了呢，更何况严格说来猎鹰9并不能说是27台发动机，而是3枚火箭各9台发动机捆绑——这比27台发动机连一块要好办多了

这设计说改就改啊，有那么快么！？效率真高

楠宫萧vn 发表于 2013-10-6 19:28
猎鹰9v1.1发动机只是升级到Merlin 1D，没换。
而且不仅发动机布局改了，
为什么苏联的N-1失败了，他们还敢这样用啊

楼主的嗅觉很敏锐，除了便于加工以外确实有工程上的考虑，目前的消息看至少有三点。
1）受力方式的改善。改成8+1的模式后，周围的8台引擎沿储箱壁排列，产生的过载直接传递给储箱壁，而后者本身就是箭体的主承力结构，这样就减轻了支持引擎的推力结构的负担。因此虽然Merlin1D的推力比1C增加了55%，推力结构重量却只有前者的大概一半。
2）中央引擎热环境改善。九引擎模式意味着中央的5号引擎在飞行过程中没有气流洗刷，且被周围八台引擎的尾流环绕，因此热环境是最严酷的。Merlin 1D的推力和膨胀比均增加，因此周围八台引擎的尾流温度更高且离中央引擎更近，改为8+1模式后，周围引擎与中央引擎的距离增加，有助于改善中央引擎的热环境。
3）便于着陆前的姿态控制。一级着陆前的第二次点火是由中央引擎单独完成的，增加空间有助于增加引擎偏转角度，提高箭体俯仰和偏航控制能力。

顺便说一句，N1的问题在于其任务计算机的控制模式。以第二次发射为例，单一引擎的爆炸导致计算机关闭了一级的大部分引擎，箭体失去推力下坠并炸毁发射场。而土星5号两次发生pogo诱发的关机，计算机及时关闭故障引擎并调整飞行时序，均未对任务造成影响。

也不尽然，很多火箭爆炸事故，比如挑战者、大部分N1这些的，其实都和发动机没半点关系。
·
不过话说回 ...
其实单就engine out ability来说，一个27引擎的一级要优于3个并联的9引擎一级，因为前者共用燃料而后者不共用。因此9引擎的F9允许任意一台引擎关机，而10引擎的CZ5却做不到这一点。

cmj9808 发表于 2013-10-7 23:02
楼主的嗅觉很敏锐，除了便于加工以外确实有工程上的考虑，目前的消息看至少有三点。
1）受力方式的改善。 ...
牛，豁然开朗。

cmj9808 发表于 2013-10-7 23:33
其实单就engine out ability来说，一个27引擎的一级要优于3个并联的9引擎一级，因为前者共用燃料而后者不 ...
额，没搞懂，求问这个燃料共用与不共用和关机之间有何关系？是何原理？

惨死街头 发表于 2013-10-7 23:37
额，没搞懂，求问这个燃料共用与不共用和关机之间有何关系？是何原理？
他可能是说燃料不共用的话，某发动机停机后少消耗的燃料，不能给别的发动机用。

重型F9是可以燃料输送的。两边的燃料罐用完时，中间的燃料罐刚好是满的。

额，没搞懂，求问这个燃料共用与不共用和关机之间有何关系？是何原理？
引擎关机会带来两个问题，一是推力降低，二是燃料无法在预定的时间内消耗完。虽然火箭可以通过延长工作时间来消耗多出来的燃料，但是由于飞行剖面不能做较大改变，这个时间只能有限延长。对于F9来说，任意一台引擎关机意味着还有8台引擎帮助消耗1台引擎的多余燃料，但对于CZ5来说，只有一台引擎可以帮助消耗另一台引擎的多余燃料。

他可能是说燃料不共用的话，某发动机停机后少消耗的燃料，不能给别的发动机用。

重型F9是可以燃料输送 ...
是的，如果有cross-fed会有很大改善。

第七炮兵 发表于 2013-10-7 11:00
联盟喷管多但是发动机不多。因为它的发动机是4喷管的。
说的是，时间久了都忘了，就记得嘴多了，

F9的设计我们确实可以多借鉴些，从设计方面看，长征5已经比F9落后了。

话说谁来估算一下蚱蜢系统要给箭体总重加几个百分比啊

传说中的大神真的出现了，真是厉害，这么一说，豁然开朗！！！！！！！！

专家就是专家，厉害！！！！

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还想请教一下，记得早期space-x还有一个方案，记得是网友YY的，下面是我原来发过的一个帖子的内容：

http://lt.cjdby.net/thread-1265804-1-1.html

SpaceX仍然在阿波罗计划的技术遗存中进行发掘，希望在强悍的土星5号火箭F-1主发动机基础上，研制一种推力稍小但非常可靠的起飞发动机，SpaceX将这种发动机命名为“格里芬”（Griffon），可意译为“鹰狮”，与SpaceX从发动机到火箭的名字全部采用猛禽的命名习惯非常协调一致。
　　
Griffon 1A同样也采用燃气发生器循环，技术脱胎于伟大的F-1发动机，技术非常简单可靠，使用液氧/煤油推进剂，海平面设计推力120万磅（544吨），比冲270秒，真空推力131万磅（594吨），真空比冲300秒，预计2015年拿出来。从指标上可以看出，“格里芬”1A的设计思路和F-1非常类似，都是在保证拥有足够推力的情况下，适当牺牲一些比冲。尽管如此，“格里芬”1A的比冲还是要比F-1大一些，这对提高运载系数有很大的好处。相比F-1超过150万磅（681吨）的海平面推力，“格里芬”1A的推力小了约20%，当然这还是非常值得的，因为“格里芬”的装机重量要比F-1小得多。SpaceX暂时不打算升级“猎鹰”9的3.6米芯级直径，因此“格里芬”1A采用了结构允许的最大设计。
　　
如果“猎鹰”9采用“格里芬”1A来替代“灰背隼”（Merlin）主发动机，起飞推力将略有增加，但“格里芬”1A的比冲较“灰背隼”低5秒左右，芯一级的工作时间预计将从170秒减少到153秒，这将对芯一级所提供的总冲产生不利影响。SpaceX的解决方案是延长上面级工作时间到510秒，综合下来LEO运力比“猎鹰”9还是有相当提高的。由于有了“重型猎鹰”打下的基础，SpaceX接下来可以很快发展出基于“格里芬”1A的“Eagle 1H”（老鹰 1H），虽然LEO运力和“重型猎鹰”基本相当，但起飞发动机数量可以从27台大幅削减至3台，很明显极大地简化了设计。这对于增加发射可靠性、降低发射费用都有非常积极的意义。

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想问下，这种每级火箭采用单引擎布局的火箭好不好呢？可靠性和经济性方面的优缺点是什么？我一度很着迷这种单引擎布局，感觉非常省钱，非常经济，技术上应该难度也小，可能唯一的缺点是可靠性差一点，您是怎么看这一问题的？

cmj9808 发表于 2013-10-7 23:02
楼主的嗅觉很敏锐，除了便于加工以外确实有工程上的考虑，目前的消息看至少有三点。
1）受力方式的改善。 ...

传说中的大神真的出现了，真是厉害，这么一说，豁然开朗！！！！！！！！

专家就是专家，厉害！！！！

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还想请教一下，记得早期space-x还有一个方案，记得是网友YY的，下面是我原来发过的一个帖子的内容：

http://lt.cjdby.net/thread-1265804-1-1.html

SpaceX仍然在阿波罗计划的技术遗存中进行发掘，希望在强悍的土星5号火箭F-1主发动机基础上，研制一种推力稍小但非常可靠的起飞发动机，SpaceX将这种发动机命名为“格里芬”（Griffon），可意译为“鹰狮”，与SpaceX从发动机到火箭的名字全部采用猛禽的命名习惯非常协调一致。
　　
Griffon 1A同样也采用燃气发生器循环，技术脱胎于伟大的F-1发动机，技术非常简单可靠，使用液氧/煤油推进剂，海平面设计推力120万磅（544吨），比冲270秒，真空推力131万磅（594吨），真空比冲300秒，预计2015年拿出来。从指标上可以看出，“格里芬”1A的设计思路和F-1非常类似，都是在保证拥有足够推力的情况下，适当牺牲一些比冲。尽管如此，“格里芬”1A的比冲还是要比F-1大一些，这对提高运载系数有很大的好处。相比F-1超过150万磅（681吨）的海平面推力，“格里芬”1A的推力小了约20%，当然这还是非常值得的，因为“格里芬”的装机重量要比F-1小得多。SpaceX暂时不打算升级“猎鹰”9的3.6米芯级直径，因此“格里芬”1A采用了结构允许的最大设计。
　　
如果“猎鹰”9采用“格里芬”1A来替代“灰背隼”（Merlin）主发动机，起飞推力将略有增加，但“格里芬”1A的比冲较“灰背隼”低5秒左右，芯一级的工作时间预计将从170秒减少到153秒，这将对芯一级所提供的总冲产生不利影响。SpaceX的解决方案是延长上面级工作时间到510秒，综合下来LEO运力比“猎鹰”9还是有相当提高的。由于有了“重型猎鹰”打下的基础，SpaceX接下来可以很快发展出基于“格里芬”1A的“Eagle 1H”（老鹰 1H），虽然LEO运力和“重型猎鹰”基本相当，但起飞发动机数量可以从27台大幅削减至3台，很明显极大地简化了设计。这对于增加发射可靠性、降低发射费用都有非常积极的意义。

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想问下，这种每级火箭采用单引擎布局的火箭好不好呢？可靠性和经济性方面的优缺点是什么？我一度很着迷这种单引擎布局，感觉非常省钱，非常经济，技术上应该难度也小，可能唯一的缺点是可靠性差一点，您是怎么看这一问题的？

xinda409@163.co 发表于 2013-10-7 18:45
为什么苏联的N-1失败了，他们还敢这样用啊
这个构型和N1没关系，

楠宫萧vn 发表于 2013-10-8 15:25
这个构型和N1没关系，
N-1 33台发动机？他也有将近30台，没见过那么复杂的

yzsz266 发表于 2013-10-8 11:22
话说谁来估算一下蚱蜢系统要给箭体总重加几个百分比啊
很好奇这一点

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2013-10-8 16:18 上传

梅林没有预燃烧室，布局要简洁，设计也简单很多。开式膨胀循环的煤油机是个BUG

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2013-10-8 16:19 上传

这是N1的NK33。管线设计与布置难度根本就不是一个量级……

xinda409@163.co 发表于 2013-10-8 15:37
N-1 33台发动机？他也有将近30台，没见过那么复杂的

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2013-10-8 16:18 上传

梅林没有预燃烧室，布局要简洁，设计也简单很多。开式膨胀循环的煤油机是个BUG

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2013-10-8 16:19 上传

这是N1的NK33。管线设计与布置难度根本就不是一个量级……

梦非若无 发表于 2013-10-7 01:01
尼玛 发动机和喷口越多安全性和可靠性就相对越低
看看N1好吧
虽然多发动机结构增加了可靠性的不确定性，但这种设计控制简单，火箭稳定性好，技术门槛低，实质上可靠性反而有所增加。看看罗老号，发动机少，不靠谱

传说中的大神真的出现了，真是厉害，这么一说，豁然开朗！！！！！！！！

专家就是专家，厉害！！！ ...
应该说F9选择多机并联更多是一种无奈的选择，多机并联需要非常robust的控制系统，但优点是无需开发昂贵的大推力引擎，对于一个刚起步的公司来说没有其他的选择。不过多机并联对于VTVL式一级返回有一个单机无法比拟的优势，着陆时只开一台引擎就相当于单机节流至11%，起飞级引擎无法做到这一点，而这恰恰是垂直着陆所必需的。如果Musk坚持一级复用的话，接替Falcon的新一代载具依然会采用多机并联。

cmj9808 发表于 2013-10-9 00:26
应该说F9选择多机并联更多是一种无奈的选择，多机并联需要非常robust的控制系统，但优点是无需开发昂贵的 ...
不知道这种一级回收利用到底能够节省多少钱，这种回收的效益对发射成本的降低到底有多大呢？不知道space-x为什么如此执着这种技术，想不明白

锻铁 发表于 2013-10-8 20:33
没有什么不好，Delta 重型就是这样的， 看起来也很好。
简洁而漂亮，看上去确实是不错

梦非若无 发表于 2013-10-7 01:01
尼玛 发动机和喷口越多安全性和可靠性就相对越低
看看N1好吧
这看你火箭是怎么设计。对于飞机来说多发的就比单发的更安全，因为飞机坏掉一台发动机还可以飞。火箭如果允许一台以上的发动机失效还不影响发射，那多发动机布局不会降低可靠性反倒可以增加可靠性。

从概率上来说就是 “n台发动机只要坏一台就出事的概率” 和 “n台发动机中m台全坏掉的概率” 哪个更大。

不知道这种一级回收利用到底能够节省多少钱，这种回收的效益对发射成本的降低到底有多大呢？不知道space- ...
按照SpX的计算，一级的造价约为整枚火箭造价的75%。
这么算的话，如果一级复用一次，成本降至62.5%，复用两次，成本降至50%（当然这是不考虑着陆后箭体检测等一系列费用）。

cmj9808 发表于 2013-10-9 22:09
按照SpX的计算，一级的造价约为整枚火箭造价的75%。
这么算的话，如果一级复用一次，成本降至62.5%，复 ...
如果像蚱蜢那样着陆的话，我觉得都不用检测了。反而比新火箭更可靠，毕竟是实战检验过的。

如果像蚱蜢那样着陆的话，我觉得都不用检测了。反而比新火箭更可靠，毕竟是实战检验过的。
蚱蜢可以算是可复用火箭的终极目标，六七次试飞过程中既没有进行箭体检测也没有进行发动机更换，这就像民航客机一样。但是F9的一级是从大气层外以10mach的速度再入的，引擎也经历了长时间燃烧和多次点火，我想SpX恐怕没那么大把握，至少前几次还是要进行箭体结构和引擎测试的。

尼玛 发动机和喷口越多安全性和可靠性就相对越低
看看N1好吧
单独看一次发射，一级火箭那么多花冻鸡，可尻性是低了;
但是如果看连续发射，只看火箭花冻鸡，他那个可尻性就高了去了！