猛禽是SpaceX的一款低温甲烷燃料火箭发动机,被计划用于高性能的星舰项目。猛禽火箭发动机采用液态甲烷与液氧作为推进剂,并采用了全流量分级燃烧循环。猛禽发动机是世界上第一种实用化的全流量分级燃烧火箭发动机,也是世界上第一种实用化的甲烷火箭发动机。

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▲SpaceX 猛禽发动机点火测试

埃隆·马斯克在设计SpaceX火箭发动机时使用了沉浸式3D CAD技术,它是虚拟现实技术和CAD技术相结合,可以用于项目结果的展示、科研团队间的协同工作。

沉浸式3D CAD技术可以让设计人员实时呈现CAD数据变化,使得设计更加直观。

沉浸式3D CAD技术是一种用于计算机科学技术、航空、航天科学技术领域的设备,虚拟现实外设和多自由度实时跟踪设备,虚拟现实环境中的交互体验。通过计算机图像生成设备,用于实时完成各通道高质量的图形图像渲染。

2016年SpaceX正式发布猛禽发动机的参数,其海平面推力311吨(3050kN),真空推力357吨(3500kN),采用预先冷却的液氧-甲烷推进剂组合,燃烧室的室压高达30MPa。

▲猛禽发动机性能参数

如果投入使用,猛禽将成为世界上推力第四大的现役液体火箭发动机,仅次于天顶火箭的RD-171(7904kN),宇宙神5火箭的RD-180(3830kN),还有德尔塔4重型火箭所采用的RS-68A(3137kN,只比猛禽的3050kN大一点儿)。

▲SpaceX 猛禽发动机点火测试

猛禽火箭发动机采用了复杂的全流量分级燃烧循环,氧化剂和燃料分别由各自的动力涡轮机供压,部分推进剂通过管道互相交换,分别燃烧驱动涡轮机。

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在这种设计下,涡轮机的工作温度更低,因而发动机寿命得到延长,效率也更高。而且燃烧室的压力可以更大,支持更大的比冲。由于氧气预燃室的富氧气体高压高温,SpaceX研发了SX500合金,用于建造氧气预燃室。

“全流量分级燃烧”发动机通过使用多个燃烧室,部分燃料先进入预燃室燃烧,产生的推力再推动涡轮泵,驱动全部燃料进入主燃烧室燃烧并产生推力,可以将每一丝的燃料都转换成推力!

猛禽发动机的直径仅有为1.3米,室压约30兆帕,单台推力不低于200吨,尽管推力略小于“蓝源”的BE-4,但体积和燃料利用率却远优于后者。根据马斯克的说法,未来安装在星际飞船上的猛禽发动机可以免维护使用100次,简单维护后可以重复使用1000次。未来的星际飞船系统将安装有43台“猛禽”发动机。

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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。