Frage:
Bei welchem ​​Druck wird in einer kryogenen Kraftstoffrakete der Kraftstoff in den Motor eingespritzt?
user39
2013-07-19 11:58:23 UTC
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Der Druck in den Haupttriebwerken des Space Shuttles muss sehr hoch sein, um das Fahrzeug vom Boden abzuheben (natürlich mit dem SRB-Assistenten). Wie spritzt man bei so hohen Drücken im Motor Kraftstoff in den Motor? Ich verstehe, dass der Kraftstoff um den Motor herum geleitet wird, damit er die Düse abkühlt, damit der Auspuff sie nicht schmilzt, und dann in den Motor. Ich habe jedoch immer angenommen, dass der Druck des Kraftstoffs, der in den Motor fließt, höher sein muss als der Druck, den die Abgase ausüben. Wenn ja, wie pumpt das Shuttle so hohen Druck in die Motoren?

Drei antworten:
#1
+11
Adam Wuerl
2013-09-07 03:03:06 UTC
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Das SSME ist ein Stufenverbrennungsraketenmotor, was bedeutet, dass ein kleiner Teil des Treibmittelstroms in die Hauptbrennkammer zuerst in einen kleinen Vorbrenner umgeleitet wird (tatsächlich zwei). Diese Vorbrenner verbrennen (relativ) kleine Mengen an Brennstoff und Oxidationsmittel, um heißes Abgas zu erzeugen, das durch eine Turbine expandiert wird, die mechanisch mit einer Pumpe (daher Turbopumpe) verbunden ist, die zur Versorgung der Hauptleitung mit Hochdruckbrennstoff und Oxidationsmittel verwendet wird Brennkammer.

Der eigentliche Motor ist wesentlich komplizierter als dieser (selbst in einem vereinfachten Schema), aber dies ist die Grundvoraussetzung eines jeden Turbopumpenmotors: Heißgas dreht eine Turbopumpe, die die Haupttreibstoffversorgung aufpumpt und spritzt es in die Brennkammer. Die SSME hat viele andere kleine Details, wie Hoch- und Niederdruckpumpen, und führt die Verbrennungsgase zurück in die Hauptkammer - anstatt sie wie der RS-68 über Bord zu entlüften.

Aber unter dem Strich ist das OP richtig. Der Druck in der Brennkammer ist sehr hoch. Sie spritzen Treibmittel in die Brennkammer, indem Sie am Auslass der Turbopumpen einen noch höheren Druck ausüben. In den Tanks bei niedrigerem Druck lagern, mit dem Turbolader aufpumpen und dann den Druckgradienten bis zum hellblauen Licht am Ende der Düse fahren.

SSME schematic mit freundlicher Genehmigung von Wikipedia.

Wenn Sie besser verstehen möchten, warum das Treibmittel überhaupt unter hohem Druck stehen muss.

Hier ist ein erstaunliches Detail. In der SSME gelangen die Abgase sowohl der Brennstoffturbine als auch der Oxidationsmittelturbine in die Brennkammer. Das heißt, der Druck in den Vorbrennern, die die Turbinen antreiben, ist viel höher als der Hauptbrennkammerdruck. Wie spritzt man den Brennstoff und das Oxidationsmittel in die Vorbrenner? Mit sehr hohem Druck. Es gibt tatsächlich 3 Oxidationspumpen: Niederdruck, Hochdruck und Vorbrenner.
#2
+10
Erik
2013-07-19 20:20:29 UTC
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Dies ist kompliziert, aber hier ist das Wesentliche:

Schub wird erzeugt, indem Hochdruckgas in eine Umgebung mit niedrigerem Druck geleitet wird. Diese Strömung ist Überschall, sodass das, was sich stromabwärts des Halses (oben auf der Düse) abspielt, nicht von dem erfasst werden kann, was in der Brennkammer vor sich geht (Schall ist nur eine Druckwelle). Die Düse ist Überschall, die Brennkammer ist Unterschall. Die Düse dehnt das Gas aus, um den erforderlichen hohen Staudruck zu erzeugen - hauptsächlich durch Erhöhen der Gasgeschwindigkeit. Beachten Sie, dass Stagnationsdruck (der Wert, an den Sie denken) nicht nur statischer Druck ist, sondern auch eine Geschwindigkeitskomponente enthält.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Shuttle dies nicht tut Kraftstoff und Oxidationsmittel müssen mit einem höheren Druck als dem am Düsenausgang in den Verbrennungsmotor gepumpt werden, weil:

  • aufgrund des Überschalls keine Druckinformationen vom Düsenausgang zum Brennraum zurückgesendet werden Strömung in der Düse.
  • Ein großer Teil des Austrittsdrucks der Düse (Staudruck) ergibt sich aus der Geschwindigkeit der Gase - Geschwindigkeit, die durch Ausdehnung des Überschallgasstroms erzeugt wird.
  • Kraftstoff und Oxidationsmittel wird jedoch bis zu einem gewissen Grad durch Turbopumpen unter Druck gesetzt, um eine positive Abgabe in die Brennkammer sicherzustellen.

Ich hoffe, dies hilft. Der Antrieb ist ein sehr kompliziertes Gebiet.

Update : Der Hauptbrennkammerdruck auf die SSMEs bei voller Leistung beträgt ungefähr 3,008 Pfund pro Quadratzoll.

Also wird die entgegengesetzte Reaktionskraft auf die Düse ausgeübt, die sich nicht oben in der Brennkammer befindet?
Ja, ich glaube, die Schubreaktion geht durch die Düsenwände. Tatsächlich können Sie den Schub einer Raketendüse effektiv kardieren, indem Sie eine Grenzschichttrennung auf einer Seite der Düse induzieren und so den Schubvektor drehen.
Wow, ich glaube ich verstehe. Ich wünschte, ich könnte CAD-Modelle der Engine erhalten, damit wir sie in 3D drucken können, um Kindern beizubringen, wie das alles funktioniert.
Wenn Sie einen 3D-Drucker haben, hilft dies möglicherweise: http://www.3dcadbrowser.com/download.aspx?3dmodel=14607
Ich habe es getan, ich habe es getan!
Ich denke nicht, dass das ganz richtig ist. Der Druck in der Brennkammer muss höher sein als der Druck in der Düsenglocke, sonst würde sich der Treibmittelfluss durch den Hals umkehren. Es gibt einen konstanten Verlust sowohl des statischen Drucks als auch des Staudrucks von den Turbopumpen zur Austrittsebene. In der Tat wird der Fluss ohne ein signifikantes 2–3 × Druckverhältnis über den Hals überhaupt nicht ersticken. Die Turbopumpen auf den SSMEs existieren genau deshalb, weil der Motor ohne sie effektiv keinen Schub erzeugen würde.
Die Strömung in der Düse ist Überschall - daher gelangen keine Druckinformationen von der Düse über den Hals. Das bedeutet jedoch nicht, dass Sie keine Turbopumpen benötigen - Sie müssen immer noch Druck in der Brennkammer überwinden.
#3
  0
Adam
2015-02-26 06:44:54 UTC
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Nur um ein bisschen Perspektive hinzuzufügen. Die Hochdruck-Kraftstoffturbopumpe arbeitet mit einer Leistung von etwa 69.000 PS, und der Ochse leistet 25.000 PS http://www.rocket.com/space-shuttle-main-engine. Das Pumpen von Hochdruck-Kryotechnik benötigt also ~ 100.000 PS pro Shuttle-Motor. (In der Größenordnung von 500-1000 Automotoren)



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