收藏文章 楼主
SpaceX逆天的猛禽发动机和全不锈钢金属外壳
网友【了不起】 2021-04-08 17:59:53 分享在【时代发展的印记】版块    1    2

先来说这个商业航天公司成功的秘诀:全靠炸出来!

火箭狂人马斯克

以前只听过碳纤维造火箭,铝合金造火箭,没有听过用不锈钢造火箭吧!不得不说火箭狂人的称号不是白给的,SpaceX目前在用不锈钢材料制作巨型火箭。这是自20世纪50年代末不锈钢材料首次用于航天器的制造。

网友分享在meiguo.com上的图片
不锈钢造火箭

我们知道用碳纤维和铝合金造火箭外壳是由于强度够大,且重量更轻,而星舰和“超重型”火箭助推器的设计改为用特殊的不锈钢合金。这样的做法确实有点违反常理,毕竟人类航天发展那么多年都没有尝试用不锈钢作为火箭材料,无外乎就一个原因:太重了。全不锈钢外壳太重,一般的火箭发动机推力不足或者就是浪费太多燃料,而为什么SpaceX敢用,这不仅得益于不锈钢本身的一些特性,更重要的是一款性能逆天的火箭引擎。

网友分享在meiguo.com上的图片
SpaceX猛禽发动机

SpaceX的猛禽发动机是一款以甲烷为燃料的全流量分级燃烧循环发动机,也是人类历史上第一个投入使用的全流量循环发动机,其开发难度非常之大,以至于从未有过同类发动机上天。猛禽发动机不但使用了一种近乎疯狂的发动机循环方式(开式循环),还要使用液态甲烷作为燃料,而这也是运载火箭中前无古人的举措。至于为什么用甲烷,据说火星上有丰富的甲烷,马斯克认为,未来无论是去火星还是飞到月球,降落下去之后能再次起飞很重要,否则就真成了“单程票”,上去的宇航员一去不复返,生意就玩砸了。

网友分享在meiguo.com上的图片

猛禽是一款液氧甲烷发动机,之所以选甲烷而不用液氢或煤油,是因为有研究表明火星上存在有大量的甲烷,以后去火星添加燃料比较方便。

推力面积比最高:仅仅1.3m喷管直径能提供200吨级推力,甚至比固推更高,如果多发动机并联可靠性能完全证明(FH已初步证明),那么推力面积比将比推力更重要。例如现在推力最大的RD-171直径3.8m,而四台猛禽放在一起,直径不过3m左右,加在一起推力也是800吨级。SpaceX设计的SH,直径9m,如果使用F1,只能放下5台,总推力35MN;使用RD-171,7台都勉强,总推力56MN,而使用猛禽,可以放下37台,总推力超过72MN。与此同时还是同级别发动机中价格最低的!

网友分享在meiguo.com上的图片

虽然猛禽发动机的单个参数并不出众,但把所有特性合起来就很逆天了。可以理解为一个参数勉强够用,但是具有高可靠性和低成本,完全为重复使用优化的发动机。由于全流量循环天生具有高比冲特性,因此未来会有很大的发展空间,现在参数低的版本只是解决有无问题。

大力出奇迹

猛禽发动机推力控制还存在不小的问题,为什么呢?因为SpaceX现在还不能随心所欲地控制它的推力大小,你只要一点火,它就会飞到很高的地方。所以在试验中,SpaceX把三台发动机减为一台,让它斜着推这个大铁桶。

网友分享在meiguo.com上的图片
火箭处于倾斜的状态飞行火箭处于倾斜的状态飞行

尽管燃料不值多少钱,但鉴于之前星舰在试飞时炸了好几次,为了预防万一并减小损失,燃料箱里只加了很少的推进剂,这样大铁桶就变得更轻。这对于推力达200吨的猛禽发动机来说是个难题:火箭太轻,猛禽又太猛,为安全起见又不能加太多燃料,飞行变得很难控制。

网友分享在meiguo.com上的图片

于是SpaceX用25吨的大铁块来给火箭加重,这也就有了巨大不锈钢圆桶的发动机似乎装歪了,并且它的顶端还安装了一个四方形的铁盒子(这是什么操作)

装置顶端的巨大铁盒子里边也并不是什么高精尖的设备,它只是一个重达25吨的配重块。只佩服猛禽发动机,果然是大力出奇迹!

果然不锈钢便宜

火箭给力只是一方面,SpaceX前期也尝试寻找寻找一种先进的碳纤维结构,但进展非常缓慢。碳纤维成本为每公斤135美元,并且有大约35%的报废率——比如你切割纤维,所以实际成本接近每公斤200美元,而不锈钢则只有3美元。

网友分享在meiguo.com上的图片

用普通的钢不行吗?大多数钢在温度极低的时候,非常容易断裂的,但对于铬镍含量高的不锈钢却并非如此。铬镍会增加了不锈钢的强度,并提高其延展性。所以,即使在零下330华氏度,这种不锈钢会有12%到18%的延展性,非常有韧性,非常坚固,没有碎裂问题,同时钢还具有比其他金属更好的断裂韧性,而断裂韧性可随温度而变化。与此同时高质量不锈钢的特性,不易发现的一点是,在低温下其强度会提高50%。

网友分享在meiguo.com上的图片

钢的另一个优点:它具有高熔点,比铝高得多。虽然碳纤维不会熔化,但纤维树脂在一定温度下会被破坏。所以通常铝或碳纤维的材料需要一个稳定的工作温度,大约被限制在300华氏度(约150摄氏度)左右。400华氏度基本就到达极限了。材料会变弱,有些碳纤维虽然可以承受400华氏度,但是强度方面就会缩水。但钢铁可以达到1500~1600华氏度。使用钢材可以使接口点的温度承受能力提高5倍,同时也意味着,对于钢结构来说,后壳的背风侧不需要任何隔热设备。

网友分享在meiguo.com上的图片

SpaceX公司确确实实是在试着建造去火星的“星舰”飞船,它的直径达9米,高度超过40层楼。星舰设计为两级,其中一级火箭高达70米,由31台“猛禽”液氧甲烷发动机推进;二级飞船也有50米高,配备6台猛禽发动机,是名副其实的超重型火箭,据说开始就弄了20个原型机,爆一个发一个,不知道最后20个原型机能不能剩下几个,这样说SpaceX选择用不锈钢似乎有人家的道理,不是嘛?

网友分享在meiguo.com上的图片
马斯克的火星殖民梦

网友分享在meiguo.com上的图片
星舰发动机飞行试验

出处:见配图水印

meiguo.com 发布人签名/座右铭仰望我所仰望!
大家都在看
楼主新近贴
回复/评论列表
默认   热门   正序   倒序
meiguo.com 创始人

emotion

2   2021-04-08 17:59:53  回复

回复/评论:SpaceX逆天的猛禽发动机和全不锈钢金属外壳

暂无用户组 升级
退出
等级:0级
美果:
美过
精华推荐
  1. 人身安全“没保障”的原因?赴美留学的趋势遇冷
  2. 拆解:太精致啦!到底是苹果M4 Mac mini牛?还是华强北更牛?
  3. 中国防长:“谁胆敢把台湾从中国分裂出去,必将粉身碎骨、自取灭亡”
  4. 佛罗里达遭遇的飓风可以影响到美国大选结果?
  5. 《黑神话:悟空》发行仅3小时后竟然就这样了!
  6. 关于美国大学的学费开支
  7. 移民故事:入赘美国的河南保安【蔡小华】现状
  8. 漂亮国再次遣返中国移民,这批有131人!
  9. 完整曝光:美国前总统【川普(特朗普)】遭遇刺客的前前后后
  10. 从旧金山到洛杉矶,美国西部旅行的完整实录
  11. 伊隆·马斯克在“We, Robot”三连发:Cybercab、Robovan及Optimus!
  12. 深入剖析:性在人类交往中的作用
  13. 关于EVUS的填写心得和常见问题
  14. 《潜望》对话李开复:如果美国形成AGI霸权,中国咋办?
  15. 能决定2024选举结果?特朗普即将放大招了!
  16. 五星红旗在月球背面升起!阿波罗登月遭遇再度质疑?
  17. 美国人口流动数据剖析:年轻富有群体搬家去哪儿了?
  18. 号外:伊隆·马斯克的第11个孩子出生了
  19. 悲惨回顾:美国历史上的十大枪击案盘点
  20. 回归之王:唐纳德·特朗普“赢得又大又快”
  21. 中国人即将登月!
  22. 坐火车“游览全美国”的14条线路盘点
  23. 世上只有男人和女人!~ 特朗普总统:上帝只创造了两种性别,无其它!
  24. 在加州海滩捡蛤蜊,72个罚9万美元!
  25. 珠海航展:轰20的先行版遭遇美国酸溜溜了
  26. 福建人在纽约:有多少人通过走线(偷渡)到纽约的?
  27. 美国房市降温?待售房屋开始下调要价!
  28. 新罕布什尔州的一位女子在领取彩金的现场捐出5000万美元
  29. 宁愿混居美国,华人姑娘袒露了不愿回国的真相!
  30. “极右翼”控制移民政策!特朗普政府的内阁名单曝光
  31. 苹果公司在2024秋季的新品发布会(懒人速览)
  32. 加州公司的市值盘点 top10
  33. 巨型公司:市值已超3.5万亿美元,约合18个阿里巴巴!
  34. 关于美国的社保(全面解读)
  35. 碧昂斯和巨石强森这样的美国巨星在大选中,如何站队的?
  36. “走线”路不通了?拜登政府颁布最严边境令?

美国动态 美果转盘 美果商店

Your IP: 3.144.42.233, 2024-11-25 23:01:08

Processed in 0.59447 second(s)

头像

用户名:

粉丝数:

签名:

资料 关注 好友 消息
已有0次打赏
(2) 分享
分享
取消