使用液氧煤油燃气发生器循环,推力为150万磅的F-1发动机是历史上强大的单推力室液体火箭发动机,其飞行成功率高达100%,以其为动力的土星\号运载火箭,推举阿波罗飞船成功实现了人类载人登月的伟大壮举。
《航天科技出版基金 土星Ⅴ号运载火箭F-1发动机:推举阿波罗创造历史》图文并茂,介绍了土星V号运载火箭构型、载人登月模式和F-1发动机推力量级的演变过程。重点叙述了F-1发动机研制过程的设计、生产和试验验证工作,对如何解决发动机燃烧不稳定的问题作出了比较详细的描述。最后,《航天科技出版基金 土星Ⅴ号运载火箭F-1发动机:推举阿波罗创造历史》介绍了98台F-1发动机的用途和归宿,以及F-1发动机的改进型F-1A的研制工作。
推动阿波罗计划和天空实验室计划的强大的土星Ⅴ号运载火箭, 需要设计和研制新型液体火箭发动机,其推力几乎是当时世界上服 役的任何火箭发动机的4倍.型号称为 F 1的新型大推力发动机, 于1958年开始设计,到1973年年底,先后为13枚土星Ⅴ号运载火 箭提供动力,可靠性达100%. 通过广泛的文献研究和人物访谈,安东尼??扬搜集了有关 F 1 发动机设计和研制的故事,讲述了 F 1发动机的历史.安东尼不仅 呈现出 F 1发动机的历史,还对早期 NASA 和承包商在登月运载 火箭中的商业研究有深刻见解.他的故事还包括 NASAF 1发动机 项目管理的作用、波音公司对S ⅠC级的研制过程,以及对土星Ⅴ 号运载火箭加工和装配的描述.当然,若不介绍下一代 F 1发动 机,即 F 1A,F 1发动机的历史是不完整的,在土星Ⅴ号运载火 箭计划取消前,F 1A 发动机就进行过海平面推力为 180 万磅的 试验.F 1发动机的历史可追溯到20世纪40—50年代,正值美国大 力发展导弹和航天运载火箭系统时期,到洛克达因公司研发 E 1发 动机系统时,推力大幅度增大,海平面推力已达40万磅.在20世 纪50年代后期,NASA 成立之前,空军和洛克达因公司从事多项研 究来回答这样一个问题: “需要的火箭发动机最大推力是多少呢?” 研究确定,海平面推力为100万磅.有了这个推力目标,空军开始 资助洛克达因公司进行研究,并为推力100万磅的单壁推力室设计、 生产和试验提供了适量资金.按照建立的字母数字命名体系,洛克 达因公司将推力100万磅的发动机命名为 F 1发动机. 前 言
Ⅵ与空军签订合同的同时,美国国会成立了一个民用航天机构, 1958年10月1日,NASA 应运而生.根据该机构章程,F 1发动 机的任务随即从空军转移到 NASA,目标推力也增至150万磅.随 后继续研制单壁推力室,当推力室在圣苏珊娜野外实验室试验时, 轰鸣声响彻山野,所以用 “金刚”来形容该系统. F 1发动机在设计和研制过程中,技术人员遇到了诸多挑战, 需要克服燃烧不稳定、液氧涡轮泵故障以及诸如小裂缝、侵蚀和泄 漏等小问题.由于 F 1发动机尺寸很大,在生产、试验和发射过程 中,需要大量工艺技术和设备来操作、运输和保护.推力室冷却液 管束的炉中钎焊,喷管延伸段 (裙部)的设计、处理和安装,以及 在发射和飞行过程中保护发动机的热防护系统,都 需 要 许 多 工 程 创新.F 1发动机在洛克达因公司卡诺加园区生产,而发动机整机的 试验主要在爱德华兹野外实验室进行.最初在那里构建了3个试验 台,但随着试验的增加,1962年 NASA 宣布新增3个试验台. 作为 F 1发动机装配到 S ⅠC 及其随后试验的早期参与者, 洛克达因公司安排我和我的家人搬到马歇尔航天飞行中心 (MSFC). 在随后的3年中,NASA、波音公司和洛克达因公司团队取得了许 多令人振奋的成果.在研制过程中洛克达因公司确定了很多改进升 级项目 (约50项),在发动机交付前的生产过程中,这些改进升级 项目还不能安装,而必须在交付到 MSFC 后,在初始试验发动机和 飞行发动机上安装.这些改进是必需的,如在推力室焊接螺柱以固 定保温附件,在推力室焊接角撑板以加强对 “推力 OK”压力开关 的支撑等.这些安装由洛克达因公司外场作业团队实施.其他改进, 如传感器和线束等,在洛克达因公司现场工程技 术 团 队 支 持 下 由 NASA 的技术人员,或由安排在 MSFC 的一名洛克达因公司技师来 完成.洛克达因公司也在 MSFC为 NASA 经营了一个改装套件和支 持硬件的大型仓库,这为F 1发动机在 MSFC进行成功的安装做出 了贡献. 土星Ⅴ号运载火箭 F 1发动机———推举阿波罗创造历史
??Ⅶ?? 在S ⅠC T 试验时,F 1发动机进行了垂直安装,级安装在 试验台上.在S ⅠC T 的前3次试验中,只安装了中心发动机. 前两次试验关机过早,第1次为监视器无意中关机,而第2次关机 是由于安全电路接线断开.第3次试验按程序成功进行了大约 15 秒.1965年4月16日,对所有 (5台)发动机进行了试验,设定的 时间约为7秒.5台 F 1发动机簇,推力超过750万磅,点火时震 撼了阿拉巴马州北部.这是多么令人激动的现场体验啊.我不记得 实际的观看距离,但 MSFC试验部的控制中心似乎相当接近试验台, 在 F 1发动机簇试验时可以很好地感受其威力.那时的通信,并没 有今天的网络顺畅,我不得不通过电话中继,从控制中心将倒计时 和首次试验激动人心的气氛传递到卡诺加园区挤满洛克达因公司 F 1发动机管理人员和工程师的一个房间里. F 1发动机项目的圆满成功,归功于 NASA 和洛克达因公司由 计划/项目管理、工程、质量、采购、生产、试验和发射人员组成的 强大团队的努力.F 1发动机在阿波罗计划和天空实验室计划完成 后的剩余产品,安装在S ⅠC级上,今天可以在阿拉巴马州美国太 空及火箭中心、佛罗里达州肯尼迪航天中心 (KSC)、路易斯安那州 米楚德装配厂见到.作为独立展示,也可以在美国和国外的多个博 物馆见到.在阿波罗11号登月10周年之际,一台 F 1发动机傲然 屹立在加利福尼亚州洛克达因公司 (现普惠洛克达因)卡诺加园区 工厂的前面,以献给设计和研制该发动机的人们. 文斯.J.惠洛克 洛克达因公司野外工程及物流主任 (已退休)
引言
第1章 探月火箭的演变
1.1 早期的月球研究和计划
1.2 肯尼迪的月球决策
1.3 登月运载器研究
1.4 月球任务模式细化
1.5 土星脱颖而出
1.6 土星直接上升研究
1.7 选择月球轨道交会对接模式
第2章 F-1发动机任务的起源及研制过程
2.1 E-1发动机
2.2 早期的F-1发动机研究
2.3 将F-1发动机项目移交给NASA
2.4 “金刚”的怒吼
2.5 确定发动机起动时序
2.6 推力室管束研制
2.7 喷注器及燃烧不稳定性
2.8 “第一计划
2.9 涡轮泵研制
2.10 其他组件故障及解决方案
2.11 发动机热防护
2.12 继续研发和改进
第3章 MSFC管理下的F-1发动机项目
3.1 应对燃烧不稳定问题
3.2 合同谈判及责任
3.3 宏观计划管理
第4章 F-1发动机及其工作原理
4.1 推进剂贮箱增压系统
4.2 推进剂供应控制系统
4.3 推力室组件
4.4 涡轮泵
4.5 燃气发生器系统
4.6 发动机接口面板
4.7 电子系统
4.8 液压控制系统
4.9 飞行测试系统
4.10 发动机的工作过程
4.11 发动机关机
4.12 发动机的运输
第5章 F-1发动机在洛克达因公司的制造过程
5.1 20世纪60年代的洛克达因公司
5.2 无损检测
5.3 F-1发动机推力室
5.4 F-1发动机的10#涡轮泵
5.5 换热器和涡轮排气集合器
5.6 液压管路、软管和线束
……
第6章 MSFC、波音公司和s-Ic级
第7章 F-1发动机及s-Ic级试验
第8章 KSC和阿波罗土星计划
第9章 F-1A:本应问世的发动机
附录