Wie ist die Effizienz der Rocketdyne F-1A im Vergleich zur F-1?

Die Rocketdyne F-1 sollte mit einer neuen Turbopumpen- und Gasgeneratorbaugruppe aktualisiert werden, ohne dass andere größere Komponenten neu gestaltet wurden. Dies sollte zu einer Schubsteigerung von rund 1.522.000 Pfund Kraft für die F-1 auf 1.800.000 Pfund für die F-1A führen. Der spezifische Impuls auf Meereshöhe sollte von 265 Sekunden auf zwischen 269 und 271 Sekunden ansteigen, und der Kammerdruck würde von 1015 psi auf 1.161 psi erhöht werden.

Die Brennkammerabmessungen und das Düsenflächenverhältnis wurden jedoch nicht geändert; Warum hat der F-1A mit höherem Druck einen niedrigeren vakuumspezifischen Impuls von 303 Sekunden im Vergleich zum F-1 bei 304 s bis 305 s?

Mir ist bewusst, dass Astronautix sowohl für Vakuum als auch für Isp auf Meereshöhe eine „Sechs-Sekunden-Verbesserung des spezifischen Impulses“ anwendet – das heißt 270s SL und 310s Vac. Andere Berichte stimmen jedoch nicht überein; und während meiner Suche ist die Opposition an Zahl gewachsen.

Warum würde eine Druckverbesserung ohne Änderungen der Kammerabmessungen zu einer geringeren Effizienz führen?

Könnte es ein Fall von Tests auf Meereshöhe gewesen sein (F-1A wurde nie geflogen), wo Vakuumversuche tatsächlich bei unvollkommen niedrigem Luftdruck durchgeführt wurden und nicht bei keinem?

Wenn ein höherer Anteil der Treibmittel durch den Gasgenerator floss, könnte dies zu einem geringeren spezifischen Impuls führen, aber ich habe keine Zahlen dazu. Bei Gasgenerator-Zyklusmotoren tragen die im Gasgenerator verbrannten Treibstoffe nicht zum Schub bei und verringern somit den Wirkungsgrad des Motors.
Ich nehme an, dies könnte für viele Raketentriebwerke vom Typ GG funktionieren. aber der Auspuff des F-1-Gasgenerators wurde in den unteren Teil der Düse geleitet, anstatt wie bei F-1B vollständig über Bord geworfen zu werden (dies würde wahrscheinlich sowieso nicht viel Schub hinzufügen). Aber wenn dem so wäre, wäre dann nicht auch der Wirkungsgrad des Motors auf Meereshöhe geringer? Wenn die Gasgeneratorbaugruppe einen größeren Prozentsatz des Treibmittelmassenstroms zieht, sollte der Isp-Verlust nicht über den gesamten F-1A-Betrieb anhalten?
Ihre Frage ist ein bisschen weitschweifig, ich habe versucht, nur diesen Teil anzusprechen: "Warum würde eine Druckverbesserung ohne Änderungen der Kammerabmessungen zu einem geringeren Wirkungsgrad führen?"
Ja entschuldigung. Die meisten meiner Fragen sind so ... Trotzdem haben sowohl der F-1 als auch der F-1A die gleichen Kammer- und Düsenabmessungen, und beide leiten GG-Abgas in die Düsenverlängerung. Während der F-1A möglicherweise mehr Treibmittel für die Pumpe verwendet, geht dies in Richtung eines höheren Durchflusses und Kammerdrucks, der in Kombination mit dem gleichen Flächenverhältnis zu einem höheren Isp führen sollte.

Antworten (1)

Es mag seltsam sein, meine eigene Frage zu beantworten, aber für alle, die sich fragen …

https://archive.org/details/nasa_techdoc_19740077747/page/n91

Der oben aufgeführte Bericht des F-1A Task Assignment Program listet den meeresspiegelspezifischen Impuls bei 268,8 s bei einem nominellen Schub von 1.800 klbf und einem O:F-Verhältnis von 2,27:1 auf. Der ideale Kammerdruck lag im Bereich von 1146 psi, weit über den 982-1015 psi des Basis-F-1-Designs. Der maximale Schub während des Tests unter Bedingungen auf Meereshöhe lag bei etwa 1840 klbf, was einem spezifischen Impuls von näher an 270 s entspricht.

Die Vakuumleistung des F-1A erhöhte den spezifischen Impuls auf 306,2 s mit einem O: F-Verhältnis von 2,484: 1, was zu einer Schubsteigerung auf 2.054.500 Pfund Kraft führte. Der effektive Kammerdruck hätte infolge der Erhöhung der kombinierten Gasgeneratorleistung von 44 MW auf 56,7 MW (77.000+ PS) auf 1172 psi steigen können.

Die Informationen, die mich dazu motiviert haben, diese Frage zu stellen, scheinen auf simulierten Höhentests zu beruhen, die den Umgebungsdruck nicht so weit senken konnten, dass eine ideale Vakuumleistung erzielt wird. Eine andere Möglichkeit ist, dass der statische Test keine Änderung des Mischungsverhältnisses beinhaltete (was auch passiv beim regulären Saturn V F-1-Betrieb auftrat) und zu einer weniger effizienten Vakuumverbrennung führte.

Zusammenfassend führt der erhöhte Kammerdruck bei unveränderten Düsenabmessungen zu einem höheren spezifischen Impuls auf Meereshöhe und im Vakuum – wie erwartet. Der Vakuum-Isp von 306,2 s schneidet im Vergleich zu den 304–305 s des F-1 günstig ab, ebenso wie der Meeresspiegel-spezifische Impuls von 268,8–269,7 s im Vergleich zu den 265 s des F-1 günstig ist.

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Genausogut! Danke für die Antwort. Der Link in der Antwort ist auch sehr interessant - zeigt, wie variabel die Leistung der F-1-Motoren sein könnte. Ich habe das Gefühl, dass es anfälliger für Flugbedingungen war als andere Triebwerke, aber dies könnte nur offensichtlicher sein, weil es so massiv war.
Wie ist die Effizienz der Rocketdyne F-1A im Vergleich zur F-1?
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