Pytanie:
W kriogenicznej rakiecie paliwowej, przy jakim ciśnieniu paliwo jest wtryskiwane do silnika?
user39
2013-07-19 11:58:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ciśnienie w głównych silnikach promu kosmicznego musi być bardzo wysokie, aby pojazd mógł unieść się nad ziemią (oczywiście z pomocą SRB). Jak przy tak wysokich ciśnieniach wewnątrz silnika wtryskujesz paliwo do silnika? Rozumiem, że paliwo przepuszczane jest dookoła silnika tak, że chłodzi dyszę, żeby spaliny go nie topiły, a potem do silnika. Zawsze jednak zakładałem, że ciśnienie paliwa wchodzącego do silnika musi być wyższe niż ciśnienie wywierane przez spaliny. Jeśli tak, to w jaki sposób Shuttle pompuje tak wysokie ciśnienie paliwa do silników?

Trzy odpowiedzi:
#1
+11
Adam Wuerl
2013-09-07 03:03:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

SSME to silnik rakietowy ze spalaniem stopniowym, co oznacza, że ​​niewielka część przepływu gazu pędnego do głównej komory spalania jest najpierw kierowana do małego palnika wstępnego (właściwie dwóch). Te przedpalniki spalają (stosunkowo) niewielkie ilości paliwa i utleniacza, aby wytworzyć gorące spaliny, które są rozprężane przez turbinę, która jest mechanicznie połączona z pompą (stąd turbopompa), która służy do dostarczania paliwa i utleniacza pod wysokim ciśnieniem Komora spalania.

Rzeczywisty silnik jest znacznie bardziej skomplikowany (nawet w uproszczonym schemacie), ale jest to podstawowe założenie każdego silnika zasilanego z turbopompy: gorący gaz zamienia turbopompę, która pompuje główne źródło paliwa i wtryskuje go do komory spalania. SSME ma wiele innych drobiazgów, takich jak pompy wysokiego i niskiego ciśnienia oraz odprowadzanie spalin z powrotem do głównej komory - zamiast wyrzucać je za burtę, jak robi to RS-68.

Ale najważniejsze jest to, że PO ma rację. Ciśnienie w komorze spalania jest bardzo wysokie, propelent wtryskuje się do komory spalania, mając jeszcze wyższe ciśnienie na wylocie turbopomp. Przechowuj w zbiornikach pod niższym ciśnieniem, pompuj za pomocą turbosprężarek, a następnie przejedź gradientem ciśnienia aż do jasnego niebieskiego światła na końcu dyszy.

SSME schematic dzięki uprzejmości Wikipedii.

Jeśli chcesz lepiej zrozumieć, dlaczego paliwo musi znajdować się pod wysokim ciśnieniem.

Oto niesamowity szczegół. W SSME spaliny zarówno z turbiny paliwowej, jak i turbiny utleniacza trafiają do komory spalania. Oznacza to, że ciśnienie w przedpalnikach napędzających turbiny jest znacznie wyższe niż ciśnienie w głównej komorze spalania. Jak więc wtryskiwać paliwo i utleniacz do przedpalników? Pod bardzo wysokim ciśnieniem. W rzeczywistości istnieją 3 pompy utleniacza: niskiego ciśnienia, wysokiego ciśnienia i wstępnego palnika.
#2
+10
Erik
2013-07-19 20:20:29 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To skomplikowane, ale oto istota:

Ciąg jest generowany przez przepływ gazu pod wysokim ciśnieniem do środowiska o niższym ciśnieniu. Ten przepływ jest naddźwiękowy, więc to, co dzieje się za gardzielą (górną częścią dyszy), nie może być wykryte przez to, co dzieje się w komorze spalania (dźwięk jest po prostu falą ciśnienia). Dysza jest naddźwiękowa, komora spalania jest poddźwiękowa. Dysza rozpręża gaz, aby wytworzyć wymagane wysokie ciśnienie stagnacji - głównie poprzez zwiększenie prędkości gazu. Zwróć uwagę, że ciśnienie stagnacji (wartość, o której myślisz) to nie tylko ciśnienie statyczne - zawiera również składową prędkości.

Podsumowując, wahadłowiec nie trzeba wpompować paliwo i utleniacz do silnika spalinowego pod ciśnieniem wyższym niż na wylocie dyszy, ponieważ:

  • Żadne informacje o ciśnieniu nie są przesyłane z powrotem z wylotu dyszy do komory spalania z powodu naddźwiękowego przepływ w dyszy.
  • Duża część ciśnienia wylotowego z dyszy (ciśnienie stagnacji) pochodzi z prędkości gazów - prędkości tworzonej przez rozszerzanie naddźwiękowego przepływu gazu.
  • Paliwo a utleniacz jest pod ciśnieniem do pewnego stopnia przez pompy turbinowe, aby zapewnić dopływ do komory spalania.

Mam nadzieję, że to pomoże. Napęd to bardzo skomplikowana dziedzina.

Aktualizacja : Główne ciśnienie w komorze spalania SSME przy pełnej mocy wynosi około 3008 funtów na cal kwadratowy.

Czyli więc przeciwna siła reakcji jest wywierana na dyszę, a nie na górę komory spalania?
Tak, wydaje mi się, że reakcja ciągu przechodzi przez ścianki dyszy. W rzeczywistości można skutecznie zwiększyć siłę ciągu dyszy rakietowej, wywołując oddzielenie warstwy granicznej po jednej stronie dyszy, obracając w ten sposób wektor ciągu.
Wow, chyba rozumiem. Chciałbym móc uzyskać modele CAD silnika, abyśmy mogli wydrukować je w 3D, aby nauczyć dzieci, jak to wszystko działa.
Jeśli masz drukarkę 3D, być może to pomoże: http://www.3dcadbrowser.com/download.aspx?3dmodel=14607
Zrobiłem to, zrobiłem to!
Nie sądzę, żeby to było w porządku. Ciśnienie w komorze spalania musi być wyższe niż ciśnienie w dzwonie dyszy, w przeciwnym razie przepływ paliwa przez gardziel byłby odwrócony. Występuje stała utrata zarówno ciśnienia statycznego, jak i ciśnienia zastoju od turbopomp do płaszczyzny wyjściowej. W rzeczywistości, bez znaczącego stosunku ciśnień w gardle 2–3x, przepływ w ogóle się nie dławi. Turbopompy w SSME istnieją właśnie dlatego, że gdyby ich nie było, silnik praktycznie nie wytwarzałby ciągu.
Przepływ w dyszy jest naddźwiękowy - dlatego żadne informacje o ciśnieniu nie przedostają się z dyszy przez gardziel. Nie oznacza to jednak, że nie potrzebujesz turbopomp - nadal masz ciśnienie do pokonania w komorze spalania.
#3
  0
Adam
2015-02-26 06:44:54 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Żeby dodać trochę perspektywy. Wysokociśnieniowa pompa paliwowa ma moc około 69 000 KM, a wół 25 000 KM http://www.rocket.com/space-shuttle-main-engine. Tak więc samo pompowanie wysokociśnieniowych urządzeń kriogenicznych wymaga ~ 100 000 KM na każdym silniku wahadłowym. (Na zamówienie z silnikami 500-1000 samochodów)



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...