J-2X发动机系列试验证明了部件的完整性

　　[据美国今日航天网近日报道]美国航空航天局（NASA）马歇尔太空飞行中心的工程师们成功地对J-2X发动机的关键部件即燃料泵第一级喷嘴进行了试验，以确保其能够耐受极端运行环境，试验中喷嘴性能表现超出预期。

　　J-2X发动机是一种高效通用上面级火箭发动机，能够在太空中关机和重复启动，从而满足各种任务要求。全尺寸发动机试验将在2011年夏季末开始。但在此前，工程师们测试了发动机燃料泵第一级喷嘴的寿命和耐久性。该喷嘴控制热气流喷射至涡轮叶片。

　　整个发动机在极端条件下运行，但只有燃料泵第一级喷嘴真正经受住了冲击。从超冷状态到随后立即过热的剧烈热交换，使金属喷嘴经受压力导致迅速膨胀和收缩，最终使其破裂。在发动机运行过程中，涡轮泵喷嘴暴露在-252℃的液氢中，在启动程序开始运行的两秒钟之内，该喷嘴受到温度约为538℃的热气体冲击。

　　阿波罗时代的火箭科学家们在最初的J-2发动机上也对相同问题进行了研究，J-2X是J-2的升级版发动机。在一系列试验之后，阿波罗计划的工程师们发现燃料泵第一级喷嘴在多次关机启动后破裂。尽管这一部件破裂，但其他旨在证明发动机性能和安全性的试验未受影响。

　　对于J-2X发动机的建模与仿真表明J-2X将出现同样的问题，因此设计者们选择了一种新型镍合金用于制造涡轮泵喷嘴。这种合金脆性低，被认为能够在极端温度变化条件下保持更加良好的状态。

　　NASA马歇尔太空飞行中心J-2X涡轮机主管加里?根奇说：“为了验证所需部件的寿命，在最终完成J-2X发动机设计前，我们就这一问题进行了许多设计和分析工作。我们着眼于进行令人印象深刻的设计改进，但对部件几何结构的改变将产生我们希望避免的下游影响（downstream effect）。同时历史数据表明，采用改进的材料和进行较小变更的新设计是可以接受的”。

　　J-2X发动机总计进行了43次模拟真实发动机启动和关闭环境的试验。在每个试验日开始的时候都进行非破坏性评估，同时没有发现不利条件。

　　根奇说：“通过使同一涡轮泵喷嘴反复经受压力并经常仔细检查，我们确信该部件具有很强的耐久性。这种知识将在发动机长期运行过程中为我们节省时间和成本，因为我们不能在无需拆卸发动机的情况下检查真实的J-2X发动机的涡轮泵喷嘴。这种全面的系列试验表明：在整个已计划好的系列试验中我们应当是有把握的，同时我们现在对喷嘴的寿命和结构完整性有了更深入的了解”。

　　J-2X 10001是第一台从生产线下线的发动机，正在NASA斯坦尼斯航天中心全力进行装配。全尺寸发动机试验将在2011年6月开始。J-2X发动机由普拉特?惠特尼?洛克达因公司为NASA马歇尔太空飞行中心设计建造。（中国航天工程咨询中心 陈杰 陈菲）