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影片旁白為 AI 語音,畫面是自製 3D 示意,沒有實拍。配樂:Incredulity by Scott Buckley,released under CC-BY 4.0,www.scottbuckley.com.au
航空航太
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零件抽出
流向
全流量分級燃燒火箭引擎
燃料和氧化劑都先經過預燃室推動渦輪,才進主燃燒室。這份科普示意圖參考公開資料自製,不是原廠結構。
僅原理科普
這是依公開資料自製的示意模型,用來理解原理,不是原廠結構,比例和細節都經過簡化,不能當成製造或維修的依據。平台只做教育層級的原理說明,不收錄製造、改造或操作細節。
它怎麼運作
火箭引擎要把大量推進劑在很短時間內送進燃燒室,所以需要渦輪泵。全流量分級燃燒的特色是兩種推進劑全部先用來推動渦輪,再全部進主燃燒室燃燒,因此能得到很高的燃燒室壓力。噴管再把高壓燃氣加速成推力。
重要零件
全機 28 個零件,點一下就從機器裡抽出來
氧氣轉子
約 559 kg/s
誘導輪、葉輪、主軸和渦輪盤連成一體一起旋轉。上面是泵,下面是渦輪。
氧氣預燃室
全流量循環
少量燃燒,產生推動渦輪的高壓燃氣。全流量循環的特點是兩種推進劑全部經過渦輪,沒有浪費。
噴注元件
混合兩種燃氣
一根根小柱子,讓燃氣高速噴入燃燒室。
燃燒室
350 bar
銅合金內壁裡有冷卻通道,才能擋住超過三千度的火焰。
噴嘴鐘罩
3,430 m/s
鐘形曲線讓燃氣膨脹加速。
再生冷卻通道
用燃料冷卻
液態甲烷流過壁內通道,先冷卻噴嘴,再被送去渦輪泵,熱量也回到系統裡。
規格
循環
全流量分級燃燒
官方
推進劑
液氧 + 液態甲烷
官方
海平面推力
250 tf
官方
乾重
1,525 kg
官方
海平面比衝
350 s
官方
混合比
3.6 : 1
官方
高 × 直徑
3.1 × 1.3 m
官方
燃燒室壓力
約 350 bar
估算
全力運轉時的消耗
推進劑流量
約 714 kg/s
自算
液氧
約 559 kg/s
估算
甲烷
約 155 kg/s
估算
排氣速度
約 3,430 m/s
自算
噴流功率
約 4.2 GW
自算
推重比
約 164
自算
33 顆合計推力
約 8,250 tf
自算
33 顆合計流量
約 23.6 噸/秒
自算
流量由推力除以比衝算出,液氧與甲烷依混合比 3.6 分配。噴流功率用排氣速度算出動能。Raptor 3 的燃燒室壓力維基百科未列,350 bar 來自其他公開報導。
資料來源:
維基百科:SpaceX Raptor
、本片查核表(自算)
機械圖鑑
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火箭引擎(原理科普)
交通與航太
往後丟出很多高速的東西,自己就會往前;火箭不需要空氣,帶著燃料與氧化劑,在真空中也能推進。