Невидимі комплекси Rocket Engineering: частина 4 000 р. Детальніше про двигуни і ємності.

Неперевершені і неприємні притоки, які повинні платити імперфікацію нашого світу розробникам ракетної техніки. Сьогодні ми будемо говорити про те, що ви повинні платити за поліпшення параметрів рідких струменевих двигунів і тонких проблем, які чекають дизайнерів танків.

Схематика РВД
Наявність різних схем дозволяє розробникам вибрати правильний, з бажаними перевагами (якість використання, легкість виробництва, висока тягованість або високий специфічний імпульс) і прийнятні недоліки.

Репресивний крок


Найпростіший варіант. Тиск припливу газу (перший він був азотом, тепер масивно перейшов на гелію) забезпечує необхідні параметри тиску при вході в двигун. Перші ракетні експерименти GIRD і Goddard були проведені на репресивному пітчингу, але це не відійшло сцени з часом. Ця схема використовується в пропульсних системах супутників і космічних апаратів. Союз, Шуттл, Аполлон використовується його. Змішані корми особливо добре поєднуються з паровою парою NDMG / AT завдяки своїй самооцінці. Виявляється простий, надійний двигун з можливістю багаторазового перемикання.

Гідності:

• Простота.
• Надійність.
• Дешеві.
• Не існує масових втрат на турбососному агрегаті.
• Висока ефективність малогабаритних двигунів

Недоліки:

• Низький специфічний момент.
• Поганий для двигунів високого рівня.

Відкритий контур
3610Р. 4200Р.

Для збільшення тяги, специфічного імпульсу і потужності двигуна, насос був вже необхідний. Тільки турбіна може забезпечити необхідні параметри. У перші «реальні» ракети – В-2, Р-7 – окрема робоча речовина була використана для приводу турбіни – концентрованого перекису водню, але потім перемикається для спалювання невеликої частки паливних компонентів. Виснаження газового генератора спочатку просто знизився на сторону, виявилося дуже ефектним факел:


Атлас запускає. Зверніть увагу на розмір, потужність і колір ганку. Ви можете чітко бачити, що TNA працює над надлишок палива, який вигорає атмосферне повітря.
Дренаж генератора газу безпосередньо над бортовим виглядом, тому його почали надсилати до критичної частини сопла - і трохи УІ буде додано, і як буде працювати віваль:


Класична картина - двигун F-1
Тим не менш, дренаж відкритого газового генератора має ще один цікавий корпус - як двигун управління рулоном:
Р

Другий етап Falcon-9. Обертаючи вихлопну трубу призводить до виникнення кручувальної сили, яка контролює рулон етапу.
Перегляд динаміки (від третьої хвилини)
Відкрита схема все ще користується сьогодні і навряд чи зникне в найближчому майбутньому. У зв'язку з порівняно невеликою втратою контролю, це дозволяє зробити більш потужний двигун (F-1) або більш дешевий двигун (RS-68) або зробити можливим для команди з обмеженими ресурсами (Merlin).

Гідності:

• Простір і дешевше за закритою схемою.

Недоліки:

• Менш специфічний імпульс, ніж закритий контур.

Закрита схема


Логічне рішення для збільшення II двигуна було спробою направляти витяжку газового генератора в камеру згоряння, щоб він спалював в кращих умовах для створення тяги. Ця задача виявилася досить важкою - є дуже високий тиск в камері згоряння, додані додаткові питання про стійкість двигуна, оскільки додається ще один зворотний зв'язок «ТНК камера згоряння». У НК-15 і НК-33 були розміщені на великогабаритній ракеті H-1, RD-253, що працює на Proton. Сполучені Штати досить пізно в цій схемі - перший двигун закритого контуру Сполучених Штатів Америки був пропульсний двигун трансферу SSME, який, однак, став першим закритим цикловим двигуном на кисневій / водній парі.
Сприяє складності двигуна Р





Гідності:

• Найбільший І.І.

Недоліки:

• Найскладніші і дорогі схеми.

Схема переходу фази
43357607

Витончений «хачок» фізики ракетних двигунів – необхідність охолодження моторного насадки використовується як джерело енергії для експлуатації турбососного агрегату. Схема була придумана для двигуна RL-10, яка була використана в верхній стадії Centaur на п'ятдесят років.

Гідності:

• Немає втрати маси на TNA.
• Простий дизайн.
• Надійність.

Недоліки:

• Підходить тільки для киснево-гідрогенної пари.
• Тиск нижчий за схемою з TNA, отже, II нижчий.

Всередині резервуарів
Всередині танків пускового транспортного засобу також багато цікавих. Цистерни стоять один над іншим, тому нам потрібні трубопроводи для подачі компонента «наповнювач», наливних трубопроводів, і, можливо, нам також потрібно вирішити проблему пошуку ряду паливних компонентів з різними температурами. А потім є проблема коливання палива, яка також повинна бути адресована.

Труби складових


Це паливний бак (нижній) першого етапу пускового транспортного засобу Soyu-2.1v. Зверніть увагу на велику трубу з гофрованої оболонкою. Це окислювач. Оскільки окислювач є рідким киснем, необхідно поставити теплоізоляцію, щоб гасіння не замерзла на трубі. Алас, все це вимагає додаткової маси.


І це Ангара. Жовтий: трубопровід, який виконує однакову функцію. Суддя по пропорціях, це також окислювальний трубопровід (кисневі резервуари більше, ніж гасіння для киснево-керозинової пари), але знімається з боку, щоб спростити і зменшити вартість виробництва. З одного боку, це неестезний, але система цифрового контролю з асиметрією ракети справляється.

Міжтанкове відділення
На другий і третій стадії ракети Saturn-V, застосовано дуже красиве рішення - ємності кисню і водню мали загальну стіну:


На лівому – перший етап з міжтанковим відділенням, праворуч – другий етап з загальною стінкою. Червоне паливо, синє окислення.
Важко було те, що рідкий водень і кисень мали температуру різниці 70 градусів Цельсія. Тому стіна складається з двох шарів алюмінії з теплоізоляцією між ними. Цей дизайн зберігається як на 3.6 тонн на другому етапі. Цікаво, що паливний бак Space Shuttle був таким чином крок назад, він мав класичний танковий відсік.

Труби для перезарядки
Якщо ви розгорталися контур SSME вище, ви побачили виходи газифікованого водню і киснем. Вони були використані для закріплення відповідних резервуарів. З одного боку, вони врятували вагу на індивідуальних газових резервуарах, з іншого боку, вони отримали додатковий трубопровод:


Ця картина велика.

Пошкодження стін
Якщо ви ретельно розглядали фотографії резервуара зрізається, ви побачили кільця різної ширини і перехрещуються внизу резервуарів для човнів. Це спеціальні елементи для демпферних коливань палива.
Перетини в нижній частині човнового паливного бака служать для виключення утворення воронку при порожненні бака. Справа в тому, що воронку може привести до смоктання газоподібної складової палива, яка може викликати проблеми трубопроводів і двигунів.
Кільце-подібні елементи служать для очищення паливних коливань. Оскільки це рідина, перелив палива на одну стіну під час маневру може викликати проблеми стабілізації системи. У першому етапі Saturn I:

Або практично відсутня, як на третій стадії Сатурн-В:

Відео довга, але я рекомендую дивитися - це дуже цікаво побачити поведінку рідкого водню під час прискорення ракети і нульової ваги.
Загальна правило полягає в тому, що більш маневрені очікується від етапу, чим більше розмір перегородок кладуть. Тут, наприклад, радянський блок "Е" - третій етап Восток РН. Тут перегородки майже вся висота бака, тому що блок може маневрувати дуже активно, і не можна допускати паливо до бризки:
р.

І все це, атлас, є додатковою вартістю маси.

Система запорожнення та синхронізації
Ще одна проблема, яка повинна бути вирішена. По-перше, горіння кожного двигуна унікальний. Витрата паливних компонентів обов’язково буде невеликою. Навіть для одного двигуна необхідно поставити спеціальну систему, щоб паливний і окислювач одночасно збігався. І якщо у нас є кілька танків або бічних кроків, то нам необхідно встановити спеціальну систему, яка забезпечить одночасне завершення компонентів на декількох стадіях. Тепер ця система також називається системою контролю палива і складається з набору датчиків рівня і цифрового комп'ютера, який, крім контролінгу ракети, також вирішує цю проблему:
р.

Третій етап Союз РН. На осі резервуарів є датчики рівня для URT.
Однак, незважаючи на зусилля СУРТ, вона має обмеження точності, тому незначна частка палива все ще втрачається. Враховується при заправці палива, додаючи так званому "гарантійному паливі".

Епілог
Рекомендую перегляд серії "Moon Machines" (Російська версія, англійська версія). Дуже добре і чітко показує труднощі, які необхідно вирішити в оформленні космічних технологій.

Навігація:

• Перша стаття циклу.
• Другий елемент твердих двигунів палива.
• Третя стаття - рідке паливо, геометричні розміри, перевезення.

Джерело: habrahabr.ru/post/215959/