Question:
Pourquoi les fusées ne chassent-elles pas la turbopompe de la chambre de combustion?
Witnaaay
2015-12-04 13:34:17 UTC
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Si je comprends bien, les fusées à combustible liquide brûlent généralement une certaine quantité de leur carburant dans une chambre de combustion basse pression séparée, puis utilisent les produits de combustion produits pour entraîner la turbopompe. Les moteurs à haut rendement pompent ensuite cet échappement dans la chambre de combustion de la fusée pour assurer une combustion complète et obtenir plus d'efficacité du moteur.

Serait-il possible d'utiliser à la place une partie du gaz à haute pression du principal de la fusée chambre de combustion pour entraîner la turbopompe, après l'avoir passée à travers une buse pour réduire la pression?

Voir ma réponse ci-dessous, mais une autre raison de ne pas le faire est que tout débit massique que vous tirez de la chambre de combustion pour entraîner une turbine est une perte d'efficacité nette car ce débit massique n'est pas expulsé par la buse. La seule raison de passer aux moteurs à combustion étagés avec toute leur complexité et leur haute pression est de s'assurer que tous les propulseurs circulent à travers la buse.
Je crois qu'il propose cela comme une alternative à un moteur-fusée à cycle de générateur de gaz, comme décrit dans sa première phrase. Sa deuxième phrase parle d'un autre type de moteur-fusée, le type à cycle fermé. Le but de sa question est d'éliminer le besoin de pré-brûleur.
Quatre réponses:
Organic Marble
2015-12-04 18:34:01 UTC
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Vous l'avez un peu incorrect. Les moteurs à combustion étagée pré-brûlent les propulseurs à une pression supérieure et non inférieure à celle de la chambre principale. Les gaz d'échappement du pré-brûleur ne sont pas pompés dans la chambre principale mais circulent à travers la turbine, chutant de pression là-bas et dans les conduits avant d'entrer dans la chambre principale. Les pré-brûleurs fonctionnent généralement à un rapport de mélange inférieur à celui de la chambre principale pour garder les choses plus fraîches pour les aubes de la turbine.

modifier: J'ai extrait ce schéma avec des exemples de nombres de pression et de température de ce lien

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OMG. Ces moteurs déversent sérieusement une tonne de carburant toutes les deux secondes? De plus, j'ai toujours pensé que ces moteurs jetaient simplement de l'oxygène et de l'hydrogène (ou un carburant hypergolique) dans la chambre de combustion et les laissaient se déchirer. Je suppose que c'est pourquoi SpaceX était si fier de son nouveau moteur super efficace et trop compliqué.
@iAdjunct Vous devez ** amener ** le carburant dans la chambre de combustion, qui, si elle veut faire son travail, doit être à une pression assez élevée pour forcer l'échappement à travers la buse. Les pompes pour faire cela consommeront ** beaucoup ** d'énergie et (à l'exception de quelques très petits exemples et d'un démarrage récent) le seul endroit pour obtenir cette puissance est le carburant de votre fusée. Vous devez également utiliser le carburant pour refroidir diverses parties du moteur afin de l'empêcher de fondre, ce qui signifie le pomper et gérer le retour du carburant chaud.
Maverick
2015-12-04 13:59:22 UTC
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La raison principale en est la température. En fonction du carburant réel, la température dans la chambre de combustion principale peut être supérieure à 3000K. Cependant, dans le générateur de gaz, la température est maintenue en dessous de 1400-1600K. Ces températures de gaz plus basses permettent une construction de chambre non refroidie et empêchent la fusion ou limitent l'érosion des aubes de turbine.

Source: Sutton - Rocket Propulsion Elements

L'ajout d'une buse entre la chambre de combustion et la turbopompe ne réduirait-il pas la température?
Le but d'une buse est généralement de réduire la pression. Vous pouvez cependant faire passer les gaz de la chambre de combustion prélevés à travers un échangeur de chaleur refroidi par un propulseur de fusée (LOX ou LH2) pour empêcher les aubes de la turbine de fondre.
Andrew
2015-12-10 02:33:33 UTC
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Il existe un moteur testé en vol qui utilise la conception que vous suggérez: le Blue Origin BE-3. Il s'agit d'un moteur à hydrogène / oxygène liguide qui produit 110000 lbf de poussée (pouvant être étranglé à 20 000 lbf). Il propulse le lanceur suborbital New Shepard, qui a d'abord volé le 29 avril 2015, puis a contribué au premier atterrissage vertical en douceur d'une fusée revenant de l'espace le 23 novembre 2015. Il est également envisagé pour une utilisation sur le Etage supérieur ACES pour la fusée Vulcan d'ULA.

Depuis le site Web de Blue Origin:

Le BE-3 est le premier moteur tapoff à voler. Nous avons conçu un moteur de fusée simple, dans lequel les gaz chauds provenant de la combustion sont prélevés dans les chambres de combustion principales et renvoyés pour faire tourner les turbopompes en vol. Le fait de n'avoir qu'une seule chambre de combustion avec un seul événement d'allumage améliore la fiabilité.

Je n'ai aucune information sur la façon dont ils y sont parvenus, car les températures élevées des gaz dans une chambre de combustion (6 000 + ºF) faites-en un défi, comme d'autres personnes l'ont mentionné ici. Blue Origin est une société notoirement secrète et ne publie pratiquement aucune information sur ses opérations, sans parler de la conception de son moteur.

C'est une excellente information. Quand j'écrivais ma réponse, je pensais me souvenir d'un cycle de tapoff, mais une recherche superficielle n'a pu trouver aucune information à ce sujet dans mes manuels ou en ligne. Merci d'avoir confirmé que je m'en souvenais correctement! J'adorerais certainement voir un schéma de ce moteur. Merci d'avoir posté.
Quelque chose à garder à l'esprit: le New Shepard n'a rien de tel que le rapport de masse brutal d'un vaisseau orbital. Cela signifie qu'ils seraient plus disposés à échanger un peu de carburant contre un moteur plus simple et plus fiable. Bien que je ne sache rien de son efficacité, je souligne simplement que son utilisation ne prouve pas que c'est une bonne idée pour aller en orbite.
La manière de gérer les températures élevées des gaz prélevés de la chambre de combustion est de la même manière que la chambre de combustion elle-même survit aux températures élevées: le tuyau de dérivation obtient un refroidissement régénératif sur une certaine distance de la chambre de combustion, une distance suffisamment longue pour que les gaz dans le tuyau se sont suffisamment refroidis pour éviter de faire fondre le tuyau.
spookysys
2016-04-14 03:23:35 UTC
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Je crois que vous décrivez le cycle de prise de combustion.

Le moteur J-2S de l'ère Apollo a fait cela (mais n'a jamais été utilisé), ainsi que le BE-3 mentionné précédemment.



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Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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