¿Cómo se compara la eficiencia del Rocketdyne F-1A con el F-1?

El Rocketdyne F-1 debía actualizarse con un nuevo conjunto de turbobomba y generador de gas, sin rediseñar otros componentes importantes. Esto resultó en un aumento de empuje de alrededor de 1.522.000 libras de fuerza para el F-1 a 1.800.000 libras para el F-1A. El impulso específico a nivel del mar debía haber crecido de 265 segundos a entre 269 y 271 segundos, y la presión de la cámara aumentaría de 1015 psi a 1161 psi.

Sin embargo, las dimensiones de la cámara de combustión y la relación del área de la boquilla no se modificaron; Entonces, ¿por qué el F-1A de mayor presión presenta un impulso específico de vacío más bajo de 303 segundos en comparación con el F-1 en 304s a 305s?

Soy consciente de que Astronautix aplica una 'mejora de seis segundos en el impulso específico' tanto para el vacío como para el nivel del mar Isp, lo que significa 270s SL y 310s Vac. Sin embargo, otros informes no están de acuerdo; y durante mi búsqueda la oposición ha crecido en número.

¿Por qué una mejora de la presión sin cambios en las dimensiones de la cámara provocaría una menor eficiencia?

¿Podría haber sido un caso de prueba a nivel del mar (el F-1A nunca voló), donde las pruebas de vacío se realizaron en realidad con una presión de aire baja imperfecta en lugar de ninguna?

Si una fracción más alta de los propulsores fluyó a través del generador de gas, podría resultar en un impulso específico más bajo, pero no tengo números al respecto. En los motores de ciclo de generador de gas, los propulsores quemados en el generador de gas no contribuyen al empuje y, por lo tanto, reducen la eficiencia del motor.
Supongo que esto podría funcionar para muchos motores de cohetes tipo GG; pero el escape del generador de gas F-1 se dirigió a la parte inferior de la boquilla en lugar de tirarlo completamente por la borda como con F-1B (esto probablemente no agregaría mucho empuje de todos modos). Sin embargo, si este fuera el caso, ¿no sería menor la eficiencia del motor también al nivel del mar? Si el conjunto del generador de gas consume un mayor porcentaje del flujo de masa del propulsor, ¿no debería continuar la pérdida de Isp durante toda la operación del F-1A?
Su pregunta es un poco incoherente, estaba tratando de abordar solo esta parte: "¿Por qué una mejora de la presión sin cambios en las dimensiones de la cámara causaría una menor eficiencia?"
Sí, lo siento. La mayoría de mis preguntas son así... Sin embargo, tanto el F-1 como el F-1A tienen las mismas dimensiones de cámara y boquilla, y ambos dirigen el escape GG hacia la extensión de la boquilla. Si bien el F-1A puede usar más propulsor para la bomba, esto conduce a un mayor flujo y presión de la cámara que, cuando se combina con la misma relación de área, parece que debería dar como resultado una Isp más alta.

Respuestas (1)

Puede ser extraño responder a mi propia pregunta, pero para cualquiera que se pregunte...

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

El informe del Programa de asignación de tareas del F-1A que se muestra arriba enumera el impulso específico del nivel del mar a 268,8 s con un nivel de empuje nominal de 1800 klbf y una relación O:F de 2,27:1. La presión ideal de la cámara estaba en la región de 1146 psi, muy por encima de los 982-1015 psi del diseño base F-1. El empuje máximo durante las pruebas bajo condiciones del nivel del mar fue de alrededor de 1840 klbf, lo que corresponde a un impulso específico más cercano a los 270 s.

El rendimiento de vacío del F-1A aumentó el impulso específico a 306,2 s con una relación O:F de 2,484:1, lo que resultó en un aumento del empuje a 2 054 500 libras de fuerza. La presión efectiva de la cámara podría haber aumentado a 1172 psi como resultado del aumento en la potencia del generador de gas combinado de 44 MW a 56,7 MW (más de 77 000 hp).

La información que me motivó a hacer esta pregunta parece haberse basado en pruebas de altitud simulada que no pudieron reducir la presión ambiental lo suficiente como para brindar un rendimiento de vacío ideal. Otra posibilidad es que la prueba estática no incorporó un cambio en la relación de mezcla (que también ocurrió pasivamente en la operación regular de Saturn V F-1) y resultó en una combustión de vacío menos eficiente.

En resumen, el aumento de la presión de la cámara sin cambios en las dimensiones de la boquilla da como resultado un mayor impulso específico al nivel del mar y en el vacío, como se esperaba. El Isp de vacío de 306,2s se compara favorablemente con los 304-305s del F-1, al igual que el impulso específico del nivel del mar de 268,8-269,7s se compara favorablemente con los 265s del F-1.

Solo hacértelo saber.

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¡Igual de bien! Gracias por la respuesta. El enlace en la respuesta también es bastante interesante: muestra cuán variable podría ser el rendimiento de los motores F-1. Siento que era más susceptible a las condiciones de vuelo que otros motores, pero esto podría ser más evidente debido a lo masivo que era.
¿Cómo se compara la eficiencia del Rocketdyne F-1A con el F-1?
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