Fråga:
Varför inte använda avtappningsgas för tryckavlastning under en enkel raketmotorcykel?
spookysys
2016-04-03 23:59:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

I en avluftningscykel extraheras förbrända gaser från förbränningskammaren och dirigeras till turbinerna, som sedan driver bränsle- / oxidationspumpar.

I en tryckmatningscykel är bränsle / oxidationsmedel matas in i förbränningskammaren genom höga tankar. En tryckgas (t.ex. helium) matas också in i bränsle- / oxidationsbehållarna för att hålla tankens tryck konstant.

Skulle det vara möjligt att kombinera begreppen för dessa cykler genom att använda avtappningsgasen direkt som tryckgas? Till att börja med skulle detta leda till en mycket enkel cykel, men jag kan inte hitta något material på den. Varför är detta inte möjligt / möjligt?

Tre svar:
Level River St
2016-04-04 02:40:57 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Förutom de säkerhetsproblem som Hobbes nämner finns det andra saker att tänka på.

Gaserna vid förbränningskammaren har mycket högt tryck och temperatur och är som sådan utmärkta för att driva turbopumpar. De är uttömda vid mycket lägre temperatur och tryck, efter att ha gett upp en avsevärd mängd användbar energi i en effektiv expansionscykel. Ännu viktigare är att turbopumpen kan uppnå ett högre tryck (om än vid lägre volymflöde) än förbränningskammartrycket, eftersom det i själva verket är två oberoende maskiner anslutna av en axel: en turbin och en pump.

I en tryckmatad cykel är gas från förbränningskammaren, förutom att den är mycket varm, nödvändigtvis vid något lägre tryck än tankens tryck. Det är svårt att göra en gas med lägre tryck under tryck till en högre tryckbehållare. Överraskande är det möjligt om lågtrycksgasen har större volym och här är några knep som används i ångmotorer för att få detta att hända, men det kräver ett betydande slöseri med fluid. https://en.wikipedia.org/wiki/Injector (se avsnitt om matarvatteninjektorer.)

Den andra frågan är förbränningsgasernas natur. De är främst H2O och CO2. De måste kylas innan de går in i tanken, eller om de inte når temperaturen i tankens innehåll så snart de kommer in i den.

I syre eller väte kommer dessa ämnen att frysa omedelbart och värdelös vid upprätthållande av tryck, annat än genom den uppvärmningseffekt de har på tankmediet. I en fotogenbehåll skulle H2O kondensera och sjunka till botten, vilket kanske inte orsakar problem om andelen var liten. Bara CO2 skulle gå till trycksättning av tanken.

Sammantaget är det mer komplicerat än att du låter det låta. En separat heliumtank är en bättre lösning.

Ganska mycket täcker allt. Kanske värt att nämna att du kan använda bränsle för tryck i en expandercykel. Du behöver dock fortfarande en pump.
Jag har lagt upp en uppföljning [fråga] (http://space.stackexchange.com/questions/14818/is-it-possible-to-keep-fuel-and-oxidizer-tanks-pressurised-during-flight- vid värme)
För trycksättning av en fotogenbehållare kommer kväve att göra, dyrt helium är inte nödvändigt. För syrgasbehållaren kan kväve användas också, gasformigt kväve kommer inte att flytas av temperaturen på LOX. Men för en flytande vätetank får endast helium eller väte användas, kvävet stelnar genom temperaturen på LH2.
Jag tror att punkten om "högre tryckbehållare" kan göra med lite mer förtydligande. Nyckelpunkten är att du bara får flöde där det finns en tryckgradient för att driva det. Utan pump måste tankarna ha högre tryck än förbränningskammaren, annars kommer det inte att finnas något flöde för att leverera drivmedel till motorn. Oavsett var du tappar av måste trycket vara lägre än tankens tryck eftersom det är "nedströms". Avtrycket kommer då inte att ha tillräckligt tryck för att sätta tillbaka något i tankarna.
@AnthonyX 1. eftersom frågan handlar om tryckmatade raketer, pratar vi om tankar med högre tryck än förbränningskammaren per definition (inte ett bra designval för stora raketer, men hur som helst ...) 2. Som du kan se i wikipedia läcker är det faktiskt möjligt att använda ånga från en panna för att fylla pannan med vatten med en venturi-injektor, oavsett hur kontraintuitivt det kan vara. Det är dock väldigt slöseri med vätska, så medan det är gjort med vatten / ånga skulle du inte vilja göra det med bränsle.
Hobbes
2016-04-04 01:28:23 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De flesta motorer körs med en ofullständig (icke-stökiometrisk) blandning av syre och drivmedel, så avgaserna har antingen syre eller drivmedel.
Kör drivmedelsrikt, varmt avgas in i en LOX-tank kan leda till antändning av det återstående drivmedlet, så du skulle få eld inuti din tank. Detsamma gäller syrerikt avgas som körs i en drivmedeltank.

Det är verkligen inte den enda anledningen ...
Du kan kalla resultatet av den körningen "tankrik" ...
@LevelRiverSt är inte den enda anledningen, men det är helt tillräckligt för att göra det till en dålig idé helt och hållet
Rafael Figueiredo
2016-12-22 08:16:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Boken Rocket Propulsion Elements, Sutton, har en skiss av en missil som använder fast korn för att generera gas som trycksätter en tank med flytande drivmedel separerat från den heta gasen med en kolv

Propulsion system pressurized by solid grain

Fördelen är att en missil kan lagras mycket längre tid, det är inte nödvändigt att oroa sig för slitaget från turbopumparna eller eventuella läckage av ett trycksatt system till helium . Jag tror att nackdelen är vikten på kolvarna och att en eventuell läcka mellan de heta gaserna och det flytande drivmedlet kan orsaka en explosion.

Välkommen till Space Exploration! Det vore bra om du kunde [redigera] det här svaret för att klargöra vad resultaten och komprometterna med denna design är.


Denna fråga och svar översattes automatiskt från det engelska språket.Det ursprungliga innehållet finns tillgängligt på stackexchange, vilket vi tackar för cc by-sa 3.0-licensen som det distribueras under.
Loading...