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F-1火箭发动机
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历史
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洛克达因最初设计F-1只是出于美国空军在1955年提出的制造超大型火箭发动机的要求。公司最后设计出两个版本，一个E-1，一个更大的F-1。E-1虽然在静态点火试验中取得成功，但很快这款发动机被视为没有前途，而且有更强大的F-1存在，E-1计划被搁浅了。然而美国空军发现没有使用如此强大的发动机的必要，F-1的研究计划也随之中止。刚刚成立的NASA看中了这款发动机，并与洛克达因签约，要求尽快完成研发。1957年，发动机进行了局部试验，而整机的静态点火试验也在1959年3月取得成功。_NEWLINE_F-1在随后七年的测试中，其燃烧不稳定性逐渐暴露出来，并可能导致灾难性事故。攻克这个技术难题的工作最初进展十分缓慢，因为这种故障的发生是不可预知的。最终，工程师们想出了解决办法，他们将少量的爆轰炸药放在燃烧室中，并在发动机运转时引爆炸药，以此测试燃烧室在压力变化时将作何反应。设计师随后测试了几种不同的燃料喷射器，并得到了最佳匹配方案。这个问题从1959年一直拖到1961年才算告一段落。
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设计细节
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F-1以燃气发生器循环为基础。即在炉外燃烧室里燃烧一小部分燃料，以燃气驱动涡轮泵将燃料和氧化剂泵入主燃室。发动机的核心组件是推力室，燃料和氧化剂混合并燃烧产生推力。发动机顶部是一个半球形小室，即做输送液氧的歧管，也做万向轴承的支撑架，连接发动机和火箭箭体。小室之下是喷射器，用来混合燃料和氧化剂。一部分燃料从另一个歧管进入喷射器，另一部分燃料通过178根管道直接通入推力室，盘旋的管道形成了推力室的上半部分，还可以起到给推力室降温的作用。_NEWLINE_燃料和液氧由不同的泵泵入，但泵由同一个涡轮驱动。涡轮转速为5,500 RPM，产生55,000制动马力（41 MW）。在此功率下，工作泵每分钟可以泵入15,471 加仑（58,564 升）煤油和24,811加仑（93,920升）液氧。涡轮泵被设计得可以应付严酷的温度环境：煤气的温度高达1,500 °F (816 °C)，而液氧的温度低至-300 °F (-184 °C)。一些燃料煤油被充作涡轮的润滑剂和冷却剂。_NEWLINE_推力室下方是喷嘴的延伸，大致延伸到发动机的一半长度位置。延伸部分将发动机的膨胀比从10:1提高到16:1。涡轮机排除的低温气体通过锥形歧管进入延伸部分，保护喷嘴在高温（5,800 °F, 3,200 °C）下不受损坏。_NEWLINE_F-1每秒消耗3,945磅（1,789 kg）液氧，1,738磅（788 kg）煤油，产生1,500,000磅力（6.7 MN）的推力。在两分半钟的运转中，土星五号凭借F-1上升42英里（68 km）高度，达到6,164英里每小时（9,920 km/h）的速度。土星五号每秒的推进剂流量是12,710升，可以在8.9秒内清空一个容量110,000升的游泳池。每台F-1发动机的推力都比航天飞机上三台发动机总和还多。
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阿波罗任务之后的归宿
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60年代，洛克达因在对F-1的持续研究之后，曾试图开发F-1A发动机，虽然二者外观相似，但F-1A比F-1更轻，且推力更大，可以满足阿波罗计划之后时期的土星五号需求，然而随着土星五号生产线的停产，研究终止。_NEWLINE_当时有提议在诺瓦火箭的第一级使用八个F-1，从70年代至今，还不断有各种关于使用F-1来开发新型火箭的意见，但都未能成行。_NEWLINE_F-1一直保持着最大推力液态发动机的地位，直到苏联的RD-170出现，但F-1在单喷嘴发动机领域的第一的位置依然没有动摇。