Автогенное наддув
Автогенное наддув — это использование самогенерируемого газообразного топлива для наддува жидкого топлива в ракетах . Традиционные ракеты на жидком топливе чаще всего находятся под давлением других газов, таких как гелий , что требует переноса резервуаров с герметиком вместе с водопроводом и системой управления для его использования. оперативно использовалась автогенная наддувка На Титане 34D . [ 1 ] Космический шаттл , [ 2 ] Система космического запуска , [ 3 ] и Звездолет . [ 4 ] Автогенное наддув планируется использовать на «Нью-Гленне» , [ 5 ] Терран 1 [ 6 ] и ракета Neutron компании Rocket Lab . [ 7 ]
Фон
[ редактировать ]Когда топливо сливается из бака, что-то должно заполнить освободившееся свободное пространство, чтобы поддерживать давление внутри баков. Это происходит по двум причинам: во-первых, ракетным двигателям требуется минимальное давление на входе, чтобы предотвратить кавитацию в турбонасосах, а во-вторых, ракетам обычно требуется, чтобы их баки находились под давлением для обеспечения структурной прочности.
При автогенном повышении давления небольшое количество топлива нагревается до тех пор, пока оно не превратится в газ. Затем этот газ подается обратно в резервуар с жидким топливом, из которого он был получен. Это помогает поддерживать давление жидкого топлива, необходимое для питания двигателей ракеты. [ 8 ] ракетных Это достигается за счет газогенераторов в системах двигателей : отводящихся от газогенератора ; подается через теплообменник ; или через электронагреватели. [ 9 ] К 1968 году автогенное наддув уже использовалось в ускорителе «Титан» и было испытано с двигателем RL10 , продемонстрировав его пригодность для верхних ступеней . двигателей [ 10 ]
Традиционно наддув резервуара обеспечивался инертным газом высокого давления, таким как гелий или азот . Автогенное повышение давления описывается как менее и более сложное, чем использование гелия или азота, но оно дает значительные преимущества. Первый предназначен для долгосрочных космических полетов и межпланетных миссий, таких как полеты на Марс и посадка на него . Отказ от использования инертных газов позволяет запустить двигатель в безнасосном режиме. Одни и те же испаренные газы могут использоваться для одно- или двухкомпонентного управления ориентацией . Повторное использование бортового окислителя и топлива также снижает загрязнение горючих веществ инертными газами. [ 10 ]
Преимущества снижения риска заключаются в уменьшении потребности в резервуарах для хранения под высоким давлением и полной изоляции систем топлива и окислителя, устранении возможного пути отказа через подсистему наддува (например, SpaceX CRS-7 ). Эта система также увеличивает грузоподъемность за счет уменьшения веса компонентов и пороха и увеличения давления в камере . [ 10 ]
Главный риск аутогенного повышения давления заключается в том, что он склонен к коллапсу незаполненного объема, если топливо выплескивается . Если свободный газ смешивается с жидким топливом, например, во время маневров космического корабля, он охлаждается и может конденсироваться в жидкость, вызывая внезапную потерю давления. [ 11 ] Таким образом, автогенное наддув подходит для ускорительных двигателей, которые будут работать с постоянным ускорением в одном направлении, но его трудно использовать, когда происходит несколько включений двигателя, разделенных маневрами в невесомости.
В двигателях РС-25 использовалась автогенная наддувка для поддержания давления топлива во внешнем баке космического корабля «Шаттл» . [ 12 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Инман, Артур Э; Мюльбауэр, Джон Г. (1980). «Повышение производительности шаттла с помощью модуля Titan Liquid Boost» . Материалы космического конгресса . 1980 (17-е место) Новая эра в технологиях: 66–76.
- ^ «HSF – Шаттл» . spaceflight.nasa.gov . Архивировано из оригинала 10 февраля 2001 года . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ Кларк, Стивен. «Ступень следопыта SLS прибывает на космодром во Флориде - Космический полет сейчас» . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ Ральф, Эрик (9 мая 2019 г.). «Starhopper от SpaceX получает блоки двигателей по мере ускорения подготовки к прыжковым испытаниям» . ТЕСЛАРАТИ . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ «Руководство пользователя новой полезной нагрузки Glenn» .
- ^ «Полная перезагрузка страницы» . IEEE Spectrum: Новости технологий, техники и науки . 25 октября 2019 г. . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ «Мэнли, Скотт. «Инновационный дизайн нейтронной ракеты Rocket Lab, объясненный Питером Беком - генеральным директором Rocket Lab» » . Ютуб .
- ^ Ральф, Эрик (2 апреля 2020 г.). «Корабль SpaceX, оснащенный аккумуляторами и двигателями Tesla» . Тесларати . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ Ральф, Эрик (24 октября 2019 г.). «SpaceX сообщает, что Starship Mk1 испытает посадку «парашютиста» до конца 2019 года» . Тесларати . Проверено 19 апреля 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с Кристиан, К.; Леманн, Э.; Руби, Л. (10 июня 1968 г.), «Автогенное наддув для двигательных систем космических аппаратов», 4-я Объединенная конференция специалистов по двигательным установкам , Совместные конференции по двигательным установкам, Американский институт аэронавтики и астронавтики, номер документа : 10.2514/6.1968-626
- ^ штаб Ян; Брэндон Уильямс (25 января 2023 г.). Проверка разрушения незаполненного объема из-за сильного бокового выплеска . Форум науки и технологий AIAA. Нэшнл-Харбор, Мэриленд .
- ^ «Внешний резервуар» . НАСА . Проверено 15 апреля 2019 г.