火箭涡轮泵是如何提供动力的?

时间:2022-04-06 09:37:29   作者:
火箭发动机燃料循环主要有三种类型:燃气发生器、膨胀器燃料和分段燃烧,每一种都使用推进剂驱动燃气轮机,进而驱动涡轮泵。

火箭涡轮泵是如何提供动力的

最简单和最常见的技术是燃气发生器循环,燃料和氧化剂从主发动机供气中流出,用于供应燃气发生器燃烧室,燃烧室向涡轮泵组件的驱动涡轮提供热的、膨胀的气体。这有简单的优点,以及非常低的排放压力,涡轮排气在(大气或更低的压力,取决于海拔高度)。

然而,燃气发生器循环意味着并非所有的燃料都用于推进推力,这是效率的净损失。为了消除这种浪费,发展了膨胀器燃料循环和分段燃烧循环,所有的燃料和氧化剂都被送入主燃烧室。

这些技术提高了发动机的Isp,但引入了涡轮泵驱动的排气压力高于主室压力的问题。这对于涡轮泵必须能够承受的压力来说是一个巨大的增加,因为室压可以达到300巴(以SpaceX猛禽引擎为例)。

由于膨胀器循环的本质是通过喷嘴壁面的传热获得功率,因此其能量输送十分有限,循环对涡轮泵效率的微小波动非常敏感。因此,分级燃烧循环能够提供比燃气发生器或膨胀循环发动机更高的室压。

火箭涡轮泵是如何提供动力的

还有其他可能的方法来驱动涡轮泵,火箭实验室已经用他们的卢瑟福发动机证明,他们可以可靠地使用电动泵来驱动RP-1和LOx燃料的电子火箭。

火箭涡轮泵是如何提供动力的

红色气缸为涡轮泵驱动电机(蓝色气缸为控制执行器)。

由于没有气体发生器,这一设计得以简化,但却需要一些奇特的解决方案,比如在飞行过程中减少热电池。卢瑟福依靠电池来提供泵出的能量,由于与燃料的能量密度相比,电池往往比较重,所以一旦电池耗尽,就会被丢弃,以减少珍贵的车辆质量。
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