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J-2火箭发动机

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J-2

J-2
原產國 美国
首次發射 1966.2.26
末次發射 1975 .7.15
設計者 馬歇爾太空飛行中心/洛克达因公司
生產者 洛克达因公司
Associated L/V 土星1B运载火箭 (S-IVB级)
土星5运载火箭 (S-II级和S-IVB级)
繼任者 HG-3
J-2X
液体燃料引擎
構造
噴嘴比 27.5:1
性能
推力(真空) 1,033.1 kN(232,250 lbf
推力(海平面) 486.2 kN(109,302 lbf
推重比 73.18
燃燒室壓力 5,260千帕斯卡(763磅力每平方英寸)
比衝(真空) 421秒(4.13公里每秒)
比衝(海平面) 200秒(2.0公里每秒)
燃燒時間 500 秒
尺寸
長度 3.4米(11.1英尺)
直徑 2.1米(6.8英尺)
淨重 1,788.1公斤(3,942英磅)
參考文獻
參考文獻 [1][2][3]
註釋 上述数据乃SA-208/SA-504版本



J-2发动机参数
土星五号第二级(S-II),装配五台J-2发动机

J-2火箭发动机(以下简称J-2)用于土星系列火箭,是世界上第一种大型氢氧发动机,也是世界上第一种燃气发生器循环的氢氧发动机。在航天飞机主发动机诞生之前,美国所拥有的最大推力液氢液氧发动机。洛克达因公司设计制造。

简介[编辑]

主要用于载人和不载人的阿波罗飞船的近地轨道飞行试验的土星IB火箭的第2级用单台J-2发动机作其动力装置(第1级采用8台H-1液氧煤油发动机,每台发动机的海平面推力为93t)。 J-2是農神五号上的主要发动机,第二级(S-II)装有五台,第三级(S-IVB)装有一台。農神一号B的第二级装有一台。J-2也被提议用在诺瓦火箭的上面级。

在当时,J-2的一项重要技术就是可以在发动机熄火后自动重启动。位于S-IVB的那台发动机就被要求能点火两次,第一次燃烧约两分钟,将阿波罗飞船送入地球轨道,然后熄火,待机组人员检查飞船一切正常后,发动机再次点火6.5分钟,将飞船加速到第二宇宙速度,飞向月球。

工作原理如下:少量氧和氢进入燃气发生器并燃烧,产生的燃气依次推动氢涡轮泵和氧涡轮泵,最后将燃气注入喷管作为气膜冷却。液氢由氢泵加压后,先全部用于冷却喷管,然后大部分进入燃烧室作为燃料,小部分进入燃气发生器。液氧由氧泵加压后大部分直接进入燃烧室,小部分进入燃气发生器。J-2只有主泵,没有预压泵。发动机真空推力104.3 t,真空比冲426 s。

J-2S[编辑]

1964年,原设计公司洛克达因为了改进J-2的性能而研发了这个试验版本,当初名为J-2X(并不是后来的J-2X)。最主要的改动就是将燃气发生器循环换成抽气循环,即将通过燃烧室上的管道供应热气体,而不是通过独立的燃烧器。除了要移除发动机上部分结构,这些改动还降低了发动机启动的难度并妥善地协调了各燃烧室的关系。

其他的改动还包括节流系统,可变的燃料混合系统。还有一个新的“空闲模式”,它提供很少的推力,可用于在轨机动,或在再次燃烧之前稳定燃料箱。

试验中,洛克达因生产了六台样机,命名为J-2S。从1965年到1972年,这些样机总共试车30858秒。1972年,美国当局决定不再生产農神五号,该发动机的研制也告一段落。而NASA考虑将J-2S用于其他用途,在众多航天飞机方案中,其中就用用五台J-2S来驱动的方案。

J-2T[编辑]

当J-2S的研制工作还在继续时,NASA就开始资助另一个研发项目:给J-2S加装一个新的塞式喷管。这会更加显著地提高发动机的性能。试验用的两台发动机,J-2T-200k达到了200,000 磅力 (890 kN)的推力,J-2T-250k达到了250,000磅力。和J-2S一样,J-2T也随着阿波罗计划的停止而停止。

J-2X[编辑]

J-2X发动机的概念图

J-2X是J-2的一个新版本,它将用于星座计划和未来的载人飞船奧賴恩。原先的计划是使用两台J-2X来驱动地球出发級(EDS),每台J-2X将提供294,000磅力。[4]

2006年2月18日,NASA决定将J-2X用在战神一号的第二级,这项决定将把战神号的研制周期缩短到3年,2013年即可首飞。而奧賴恩飞船有望在2014年首飞。除此之外,J-2X还简化了奧賴恩的结构。2007年8月23日,NASA还专为J-2X发动机试车在斯坦尼斯航天中心建造了新的试验基地。(SSC) [5] 2007年12月到2008年5月间,在试验基地已用J-2发动的各组件进行了九次试验,为研制J-2X做了准备。[6]

J-2X将比J-2效率更高且更简单,但比航天飞机发动机成本低。2007年7月16日,NASA正式宣布洛克达因承接了总价达12亿美元的J-2X研发合同,并决定将J-2X用于战神五号的上面级。[7]

技术参数[编辑]

J-2[3] J-2S[8] J-2X[9]
真空推力: 1,033.100 kN (232,250 lbf) 1,138.500 kN (255,945 lbf) 1,310.000 kN (294,490 lbf)
真空比冲: 421秒(4.13公里每秒) 436秒(4.28公里每秒) 448秒(4.39公里每秒)
燃烧时间: 475 sec. 475 sec. 465 sec. (Ares I, upper stage)
净重: 1,438 kg (3,170 lb). 1,400 kg (3,000 lb). 2,472 kg (5,450 lb).
推进剂: LOX/LH2 LOX/LH2 LOX/LH2
混合比: 5.50 5.50 5.50
直径: 2.01 m (6.60 ft). 2.01 m (6.60 ft). 3.05 m (10.00 ft).
长度: 3.38 m (11.08 ft). 3.38 m (11.08 ft). 4.70 m (15.40 ft).
推重比: 73.18. 85.32 55.04
制造商: 洛克达因公司 洛克达因公司 洛克达因公司
应用: 農神一号B & 農神五号S-IVB上面级 - 一台

農神五号S-II 第二级 - 五台

土星五号 / S-II /
S-IVB
战神一号上面级 &战神五号上面级 - 一台

参考书目[编辑]

  • Bilstein, Robert E. Stages to Saturn: a technological history of the Apollo/Saturn launch vehicles. Gainesville: University of Florida Press. 2003. ISBN 0-8130-2691-1. 
  • 世界航天运载器大全. 宇航出版社. 1996. ISBN 7-8003-4758-3. 

注释[编辑]

  1. ^ Marshall Space Flight Center. J-2 engine. NASA. [22 February 2012]. 
  2. ^ J-2 Engine Fact Sheet. Saturn V News Reference. NASA. December 1968 [22 February 2012]. 
  3. ^ 3.0 3.1 J-2. Astronautix. 
  4. ^ Press release preview. [2008-01-28]. 
  5. ^ NASA's Stennis Space Center Marks New Chapter in Space Exploration. NASA. 
  6. ^ NASA Successfully Completes First Series of Ares Engine Tests. NASA. 2008-05-08. 
  7. ^ NASA Awards Upper Stage Engine Contract for Ares Rockets. NASA. 2007-07-16 [2007-07-17]. 
  8. ^ J-2S. Astronautix. 
  9. ^ Mark Wade. J-2X. Encyclopedia Astronautica. 17 November 2011. 

外部链接[编辑]