Turbopompy
Ocena użytkowników: 0 / 5
- Szczegóły
- Kategoria: Baza wiedzy
Silniki rakietowe wymagają dużego przepływu paliwa w celu dostarczenia paliwa i utleniacza o wysokim ciśnieniu, żeby silnik mógł wygenerować moc. Różne cykle mają różne metody dostarczania paliwa. W cyklu opartym na ciśnieniu, dodatkowy gaz utrzymuje paliwa w zbiornikach w stałym, wysokim ciśnieniu, co wypycha paliwo (i utleniacz) przez zawory do komory spalania. W cyklu rozprężnym, cyklu z generatorem gazu i w cyklu etapowego spalania, silnik używa turbiny lub turbopompy w celu pompowania dużych mas paliwa pod wysokim ciśnieniem. Turbopompy są napędzane w różny sposób zależnie od cyklu silnika. Część silników spala część paliwa żeby napędzić pompę, kiedy inne w tym celu używają gorącego gazu przy pomocy urządzeń zwanych przedspalaczami (ang. preburners).
Turbopompy dzielą się na dwie grupy: osiowe i odśrodkowe. Turbopompy odśrodkowe posiadają wirnik, który kręci się z dużą prędkością, przyspieszając gwałtownie paliwo i utleniacz. Potem paliwo lub utleniacz przeprowadzane są przez rurę, której średnica się zwiększa, co zmniejsza prędkość płynu i zwiększa ciśnienie, więc paliwo utrzymuje odpowiednie ciśnienie, kiedy osiąga komorę spalania. Turbopompy osiowe są mniej popularne niż odśrodkowe i są jak seria śmigieł w rurze, gdzie śmigła są napędzane. Turbopompy osiowe nie mogą zazwyczaj utrzymać tak wysokich ciśnień jak turbopompy odśrodkowe, ale są czasem używane jako pompa dla turbopompy, aby zwiększyć ciśnienie płynu na wejściu, jako że duża różnica ciśnień pomiędzy wejściem a wyjściem może powodować niechciane efekty.
Silnik rakietowy o cyklu rozprężnym, jak na przykład RL-10, stosowany w górnym stopniu rakiet z rodzin Atlas i Delta, używa turbiny w celu dostarczenia paliwa i utleniacza do komory spalania. Żeby to osiągnąć, paliwo i utleniacz są podgrzewane przez przepłynięcie przez wymiennik ciepła. Wymiennik ciepła podgrzewa paliwo i utleniacz używając gorącej komory spalania, a także chłodzi komorę spalania. Podgrzane paliwo i utleniacz stają się gazem, który jest potem używany do napędzania turbopompy. Turbopompa dostarcza ciekłe paliwo i ciekły utleniacz przez system do komory spalania, a gazowe paliwo i utleniacz są wysyłane do komory spalania osobno.
Cykl z generatorem gazu i cykl etapowego spalania używają przedspalacza w celu napędzenia turbopompy. Przedspalacz otrzymuje ze zbiorników trochę paliwa o niskim ciśnieniu żeby je spalić i wygenerować energię używaną do napędzania pompy. Różnica pomiędzy cyklem z generatorem gazu a cyklem etapowego spalania polega na tym, że w cyklu z generatorem gazu wyrzuca się gazy wylotowe z przedspalacza, a w cyklach etapowego spalania dostarcza się je do komory spalania żeby osiągnąć trochę wyższą wydajność (impuls właściwy).
Turbopompy oparte o przedspalacz mogą zazwyczaj wygenerować więcej energii niż turbopompa z cyklem rozprężnym, bo paliwo może być spalone dużo szybciej niż podgrzane przez wymiennik ciepła. Świetnym przykładem silnika z turbopompą używającą przedspalacza jest Merlin 1D, produkowany przez SpaceX, który ma widoczny przedspalacz i turbopompę, gdzie ciemne, bogate w paliwo produkty spalania wylatują przy niskim ciśnieniu z komory na boku głównej komory spalania.
Paliwo może być także pompowane za pomocą elektrycznych pomp. Rakieta Electron wykorzystuje ten sposób w obu stopniach.