RocketAtlas

J-2

燃气发生器循环氢氧

美国Rocketdyne首飞 1966

美国第一款实用氢氧发动机,也是第一款能在真空中重启的大推力发动机。

单台推力
1,028 kN
真空比冲
421 s
燃烧室压力
53 bar
在用型号
1

这台发动机的喷管不是画出来的,是算出来的:由推力与燃烧室压力反算喉部面积,再按扩张比放大到出口。用 F-1 验算,这套算法给出的喉径、出口直径与喷管长度都与公开尺寸吻合。

换来了什么

  • 真空比冲 421 s,比同期煤油机高出约 100 s,上面级每提高 1% 比冲都直接换成载荷
  • 可在轨二次启动——这是执行地月转移(TLI)的前提,没有它就没有月球轨道交会方案
  • 混合比可在飞行中调整,用来优化不同飞行段的性能

代价是什么

  • 液氢密度只有 71 kg/m³,贮箱体积巨大,S-II 为此不得不采用极难制造的共底贮箱
  • 20 K 深冷带来氢脆、绝热与泄漏问题,地面操作复杂度远高于煤油
  • Apollo 6 上氦点火管路在真空中疲劳断裂,导致两台提前关机、三级无法重启

动力循环

燃气发生器循环

燃料氧化剂涡轮燃气发生器燃烧室排出

一小部分推进剂在燃气发生器中燃烧驱动涡轮,废气直接排出箭体,损失约 2–5% 流量。结构简单、易调试。

读原理讲解

推进剂

液氢 / 液氧

比冲最高(440–465 s);但密度只有 71 kg/m³,贮箱巨大,需要 −253 °C 深冷与厚重绝热。

装在哪些火箭上