Der Brennkammerdruck beim F-1 war (nur) 60bar, Raptor wird eher 150bar haben, was natürlich zu einem höheren Massendurchsatz führt.
Wenn sie das LCH4/LOX Verhältnis beim Start von 3,6/1 auf 3,1/1 verkleinern, steigt der Massedurchsatz um gut 10%, der ISP bleibt hierdurch aber nahezu konstant und der Schub steigt um 10%. Sowas ist natürlich sehr elegant, weil man dann mit hohem Schub und recht hoher Beschleunigung abheben kann, was die Gravitationsverluste reduziert und mit zunehmender Höhe den Schub durch höheren LCH4 Anteil verkleinern, was aber zum vollständig von dem höheren ISP und der abnehmenden Raketenmasse schnell kompensiert wird.
Das Mischungsverhältnis muss O/F sein, also LOX/Methan, nicht umgekehrt, sonst ist der Isp viel zu niedrig (die Verbrennungstemperature wäre unter 1000 K, Isp-vac geschätzt unter 250 s).
Wenn man unterstellt, daß das übliche Standard NASA Verfahren (CEA 1D-ODE) realistische Werte für LOX-Methan Triebwerksleistung liefert, dann ergibt sich für LOX-Methan, 150 bar Kammerdruck, Entspannung am Boden bis zur Strömungsablösungsgrenze (optimistisch):
O/F = 3,1: c*= 1874 m/s; Isl (Bodenimpuls) = 303 s; Vakuumimpuls = 372 s
O/F = 3,6: c*= 1839 m/s; Isl (Bodenimpuls) = 299 s; Vakuumimpuls = 378 s
Unterschiede 3,1 zu 3,6: c* +2%; Isl (Bodenimpuls) +1%; Vakuumimpuls -1,5%
Der Massenstrom skaliert bei konstanter Triebwerksgeometrie umgekehrt zu c*, also sinkt er bei 3,1 ggü. 3,6 um 2%. Da der Bodenimpuls um 1% zunimmt sinkt der Bodenschub um 1%.
c* ist die charakteristische Geschwindigkeit, das entspricht in etwas dem Verbrennungskomplex beta in der russischen Fachliteratur. c* kennzeichnet die Energieeausbeute bei der Verbrennung der Treibstoffe.
Wohlgemerkt, das sind theoretische Werte unter Vernachlässigung durch Effekte wie unvollständige Verbrennung, 2D-Strömung in der Düse, Kinetik der Heißgasreaktionschemie, etc. Die Änderung solcher Einflüsse sind aber nur schwach vom Mischungsverhältnis abhängig, alsi geben die Daten oben die relativen Unterschiede gut wieder. Die realisierbaren Werte für den spez. Impuls liegen ca. 3-4% niedriger, je nachdem wie es im Detail gemacht wird.
@Klakow: wie hast du die 10% Unterschied bestimmt/abgeschätzt ?
Im Übrigen halte ich 150 bar Kammerdruck zu niedrig, wenn man schon full-flow Hauptstromkreislauf machen will. Da sollten es mindestens 200 bar sein, sonst lohnt sich der höhere Aufand für die oxidator-reiche Vorverbrennung nicht.