土星5号@深入解读土星5号火箭强大的根本原因！马力|动力

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土星5号火箭“强大”的一个关键原因（我说的是“有效载荷”），是它的第二级J-2发动机的比冲（Isp）性能（相对而言）有了巨大的提升。我们可以看到，前苏联设计并制造了N-1这种巨型火箭，这个巨大的火箭产生的推力比土星5号还高50％，但是它的有效载荷大大低于土星5号。怎么会这样呢？是因为土星5号使用了更高级的引擎，而且使用液氧(LOX)和高精炼煤油(RP-1)作为推进剂。尽管N1使用了非常雄心勃勃的热力学循环（LOX的富氧分级燃烧）运行，但是它的发动机的效率(Isp)却远远落后于J-2发动机。
发动机测试
土星5号的五架F1发动机的容量几乎是航天飞机的5倍我们应该记住，尽管F-1的发动机统计数据显然是最高级的，但当运载火箭开始在其较高级飞行时，它就成为“ Isp的全部” 。因此，在150万磅推力（海平面）的作用下，土星V的5架F1拥有足够的动力来举起36层楼高的巨型火箭，并向轨道输送119吨的负载。它几乎是航天飞机容量的五倍。总之， F-1发动机仍然是有史以来最强大的单燃烧室液体推进火箭发动机。
肯尼迪航天中心展出的土星5号火箭上安装的五台F1火箭发动机之一
土星五号火箭的功率和扭矩是多少？每个F1发动机都有一个燃气发生器，可提供55000制动马力（41 MW），每秒可将976升RP-1和1565升的液氧泵入燃烧室。这与为现在的超深水钻探船所提供的16公里钻杆旋转钻入海底8公里所需发动机的功率大致相同，但这只是为一台火箭发动机输送燃料的功率。将发动机功率与火箭推力联系起来很困难，活塞发动机本身不会移动飞行器，因此通常根据其传递给驱动轴的功率来进行计算，该值与节气门直接相关。火箭可立即提供推力，因此可通过直接推力进行评估，该值会随气压和飞行器速度而变化。活塞发动机将具有恒定的100％功率，螺旋桨的推力将随速度变化。火箭将具有恒定的100％推力，功率将随速度而变化。
土星5号火箭助推器
每架F1产生6770千牛的推力这样测试可以得出一些独特的结果，每台F1发动机在制动板上产生了6770千牛（1746000磅）的推力。但是直到火箭开始移动之前，任何火箭发动机的推力都是零，此静态测试在零马力的情况下声音非常大。 F1发动机在燃尽时产生了7766千牛（1746000磅）的推力，此时飞船以6000 mph 即：每秒2.68公里(1.67英里)的速度运动。那就是说每个引擎1746000lb（磅） * 8800ft（英尺）/ 550 = 27936000hp（马力），那第一级燃尽，四个引擎总功率为111744000hp（马力）。但这是一个无意义的数字，这就是为什么火箭通常不以马力来计算。
土星V F-1火箭发动机，在新墨西哥太空历史博物馆
但土星5号火箭会产生马力吗？火箭不会产生马力，马力是“功率”的单位，它是工作的时间导数。火箭也不产生正常意义上的“功” 。诸如涡轮发电厂或汽车发动机之类的东西会产生“功” ，即它们会“产生”以给定速度旋转的轴，并能够在传递给定扭矩的同时以该速度旋转。输出轴的扭矩和速度的乘积是功率，可以用马力来额定。因此，土星5号火箭（或其他火箭）不会产生任何一种。火箭只会产生一件事，而只会产生一件事，这很重要，有些人声称，火箭至少在某种意义上产生了“功” ，因为当乘以推力时，火箭当前的飞行速度等于“动力”的单位。但是，由于以下原因，即使这样也会产生误导。不管发动机本身是否在运转，涡轮发电或汽车发动机发电都会产生相同的功率。对于火箭，静态发射（速度=零）时产生的“功率”（根据此定义）等于零。因此，我们将计算的“功率”是火箭飞行条件的强大函数。而且，这些飞行条件可以像静态射击一样任意改变。因此，（至少以我的经验）这样的定义没有用。