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Sutil complejidad de la cohetería, Parte 4: Más sobre los motores y tanques
Homenaje Diverso y desagradable que se pagará la imperfección de nuestros desarrolladores mundiales de tecnología de misiles. Hoy hablaremos sobre lo que debe pagar por el aumento de los parámetros de los motores a reacción líquidos y los problemas sutiles que los diseñadores están esperando tanques.
Esquemas de trabajo LRE h4>
La existencia de diferentes regímenes, lo que permite a los desarrolladores elegir la derecha, con las cualidades deseadas (facilidad de uso, facilidad de producción, alto empuje y alto impulso específico) y deficiencias aceptables.
alimentación exclusión Tamaño h5>
La opción más fácil. Presurización de gas a presión (primero de nitrógeno ahora se cambió masivamente en helio) proporciona los parámetros necesarios de la presión de entrada al motor. Sobre la exclusión de alambre de la alimentación de la primera experimentos con cohetes GIRD y Goddard, pero no ha ido con el tiempo de la escena. Este esquema se utiliza en la propulsión de satélites y naves espaciales. "Unión", "Shuttle", "Apollo" lo utilizó. Especialmente buena provisión de exclusión combinado con un par de combustible UDMH / AT debido a su auto-ignición. Resulta un motor simple, fiable, con la posibilidad de la inclusión múltiple.
Ventajas:
Fácil. La fiabilidad. La baratura. No hay pérdida de masa en el conjunto turbo bomba. Alta eficiencia para pequeño empuje de los motores Debilidades: 
impulso específico bajo. con pocos recursos para motores de alto empuje.
Circuito abierto h5>
Para mejorar la tracción, velocidad de impulso y motor específico ha necesitado una bomba. Los parámetros necesarios sólo pueden proporcionar turbina. En los primeros misiles "reales" - "V-2", "R-7" para mover una turbina a utilizar un medio de trabajo separado - peróxido de hidrógeno concentrado, pero luego cambió a la quema de una pequeña fracción de los componentes del combustible. Generador de gas de escape en un principio simplemente echado a un lado, una antorcha muy espectacular:
A partir de "Atlas". Tenga en cuenta el tamaño y el color de la salida de la llama. Claramente muestra que TNA se ejecuta en el exceso de combustible que se quema en el aire. I>
Gas generador de drenaje directamente al mar parecía un desperdicio, así que comenzó a ser enviado a la parte supercrítica de la boquilla - y un poco de la interfaz de usuario para agregar y, como завеса trabajo:
El cuadro clásico - el motor de un F-1 i>
Sin embargo, el drenaje del circuito abierto del generador de gas tiene otro caso de uso interesante - el control de balanceo del motor:
La segunda etapa del cohete Falcon-9. Gire el tubo de escape conduce a la fuerza de remolino que controla la etapa roll. I>
Ver dinámica (tercer minuto)
Circuito abierto se utiliza actualmente y es poco probable que desaparezca en un futuro próximo. Debido a la relativamente pequeña pérdida de las EI que le permite hacer un motor más potente (F-1) o un motor más barato ( RS-68 ) o para que sea posible desarrollar para el equipo con recursos limitados (Merlin).
Ventajas:
Es más fácil y más barato que un circuito cerrado Debilidades:. B> 
El impulso específico más bajo que en un circuito cerrado.
Circuito cerrado h4>
La solución lógica para mejorar el motor de interfaz de usuario fue un intento para dirigir el generador de gas de escape en la cámara de combustión de manera que se quemó en las mejores condiciones para producir empuje. Esta tarea resultó ser bastante difícil - en la cámara de combustión de mucha presión, hay cuestiones adicionales de sostenibilidad del motor, ya que añade una retroalimentación más "cámara TNA-combustión". Motores circuito cerrado primero comenzó a hacer la URSS - NK-15 y NK-33 se pusieron en un cohete pesado H-1, RD-253 opera en el "Protón". Estados Unidos lo suficientemente tarde como hacemos este esquema - la primera LRE circuito cerrado se convirtió en el principal motor de SSME transbordador espacial estadounidense, que, por otra parte, fue el primer motor de ciclo cerrado en un par de oxígeno / hidrógeno
.
Admire la complejidad del motor 
Ventajas:
El mayor UI Debilidades:. B> 
El esquema más difícil y costoso.
Conducir con una transición de fase h4>
"Hackeo" Elegante de motor de cohete física - la necesidad de enfriar la tobera del motor se utiliza como fuente de energía para la unidad turbo bomba. El esquema fue ideado para el motor de RL-10, que durante cincuenta años se utiliza en el bloque de impulso "Centauro».
Ventajas:
No hay pérdida de masa en TNA La simplicidad del diseño Fiabilidad Debilidades:... B> 
Sólo para los pares de oxígeno-hidrógeno. La presión es menor que en el circuito con TNA, por lo tanto, MI continuación.
El interior de tanques h4>
Dentro del lanzador tanque demasiadas cosas interesantes. Los tanques están uno encima del otro, por lo que deben suministrar las líneas de tuberías de componentes "superiores" aumentan, así como, tal vez, es necesario resolver el problema de encontrar los siguientes componentes de combustible con diferentes temperaturas. Y luego está el problema de las fluctuaciones de los combustibles, que también deben abordarse.
Componentes de tubería h5>
Esta - depósito de combustible (inferior) de la primera etapa del cohete "Soy-2.1V." Tenga en cuenta el gran tubo con una funda de cartón ondulado. Esto - el oxidante tubería. Desde el oxidante es oxígeno líquido, es necesario colocar el aislamiento, a la trompeta queroseno no namerz. Por desgracia, todo esto requiere masa adicional.
Y esto es - PH "Angara". Destacado en amarillo - una tubería que realiza la misma función. Sobre la base de las proporciones, también es el oxidante conducto (tanques de oxígeno más queroseno para el par de oxígeno-queroseno), pero el lado impreso de simplificar y reducir el costo de producción. Por un lado, es antiestético, pero el sistema de control digital para hacer frente a los misiles asimétricos.
compartimiento intertanque h5>
La segunda y tercera etapa del cohete "Saturno V» fue utilizada solución muy elegante - tanques de oxígeno y de hidrógeno tienen una pared común:
A la izquierda - el primer paso para compartimento intertanque, a la derecha - la segunda etapa con una pared común. Red - combustible, azul - oxidante I>
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La dificultad fue el hecho de que el hidrógeno líquido y oxígeno, la diferencia de temperatura fue de 70 grados Celsius. Por lo tanto, el panel consistía en dos capas de aluminio con aislamiento en el medio. Este diseño permite ahorrar tanto como 3, 6 toneladas de la segunda etapa. Curiosamente, el depósito de combustible de "Space Shuttle" era en cierto modo un paso atrás, era un compartimiento intertanque clásico.
presurización de tuberías h5>
Si ha implementado diagrama SSME anterior, vimos que sale de hidrógeno gasificado y oxígeno. Estaban acostumbrados a impulsar el potencial de los depósitos respectivos. Por un lado, el peso guardado en tanques separados de turboalimentación gas, por otra parte, recibió una tubería adicional:
Эта Gran misma imagen.
partición amortiguación h5>
Si usted echa un vistazo a las imágenes de las secciones de los tanques, luego vio el anillo de anchura variable y la cruz en la parte inferior de los tanques de transporte. Este - elementos especiales para el combustible de amortiguación de vibraciones
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Cruces en la parte inferior del depósito de combustible de la lanzadera utilizan para prevenir la formación de embudo para vaciar el tanque. El hecho de que el embudo puede ser aspirado para dirigir componente de combustible gaseoso, que puede causar problemas en las tuberías y motores.
Elementos anulares sirven para amortiguar las vibraciones de combustible. Dado que es un líquido, el combustible desbordamiento hacia un lado cuando la maniobra puede causar problemas para la estabilización del sistema. Las particiones pueden ser muy grandes, como la primera etapa de "Saturno-I»:
O prácticamente ausente, como en la tercera etapa de "Saturno-V»:
la forma de largo, pero te recomiendo mirar -. Muy interesante visto cohete de hidrógeno líquido comportamiento durante la aceleración y la ingravidez I>
La regla general es - los más maniobras que se esperan de la etapa, mayor es el tamaño de la partición se coloca. Por ejemplo, el bloque soviético "E" - la tercera etapa del cohete "Vostok". Hay tamaño de la partición en casi toda la altura del tanque, ya que la unidad puede maniobrar activamente, y no puede permitirse el lujo de derrochar combustible:
Y todo esto, por desgracia, la masa adicional de costos.
Sistema tanques de vaciado y sincronización h5>
Otro problema que debe ser abordado. En primer lugar, cada motor de combustión en algo único. Necesariamente pequeña extensión de empuje y la velocidad de los componentes del combustible fluya. Incluso para un solo motor se debe poner un sistema especial que se quede sin combustible y oxidante simultáneamente. Y si tenemos un par de tanques o estribos laterales, usted tiene que poner un sistema especial que garantice la realización simultánea de los componentes en varias etapas. Ahora bien, este sistema se denomina sistema de gestión de combustible más y consta de un conjunto de sensores de nivel y un ordenador digital, que, además del control de misiles, resuelve este problema y más:
La tercera etapa de la "Soyuz". A lo largo del eje de los tanques son sensores de nivel de Surt. I>
Sin embargo, a pesar de los esfuerzos de Surt, ella misma tiene una precisión limitada y una pequeña fracción del combustible sigue perdido. Su toma en cuenta a la hora de llenar mediante la adición de los llamados "Suministro de combustible» garantizado.
Epílogo h5>
Díselo a ver el espectáculo «Máquinas Luna» (русская versión , Inglés versión ). Muy bueno y se ilustra la complejidad que debe ser abordado en el diseño de la tecnología espacial.
Para navegar:
El primer artículo del ciclo El segundo artículo -. motores sólidos tercero del artículo - tipos de líquido combustible, las dimensiones geométricas, transporte. Fuente: habrahabr.ru/post/215959/
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