Как двигатели с подачей под давлением остаются холодными?

Регенеративное охлаждение может быть выполнено с ракетами с подачей под давлением так же, как и с ракетами с помповым питанием, единственное различие заключается в источнике давления, движущего топливо (а иногда и окислитель) через каналы охлаждения, и более низкие давления, которые практичны, когда весь бак должен быть под давлением.

Гиперголические двигатели могут быть как с питанием от давления, так и с питанием от насоса. Некоторые гиперголические топлива могут быть проблематичными для использования в качестве охлаждающих двигателей, но двигатели N2O4/гидразин используют регенеративное охлаждение.

Орбитальные маневровые двигатели космического челнока (OME) представляли собой гиперголические двигатели с подачей под давлением, работающие на четырехокиси азота и монометилгидразине.

Камера сгорания регенеративно охлаждалась потоком гидразина. Удлинитель сопла имел радиационное охлаждение.

Источник: Учебное пособие по системе орбитального маневрирования.

Альтернативой регенеративному охлаждению является пленочное охлаждение.

Пленочное охлаждение десятилетиями использовалось для небольших двигателей с подачей под давлением, не в последнюю очередь в Marquardt R4D, используемом в сервисном модуле Apollo для управления ориентацией — см. фото ниже. Это был двигатель 490N MMH/Mon, который также использовался в бесчисленном количестве других программ.

Этот принцип также использовался в широком диапазоне других подруливающих устройств в диапазоне по крайней мере от 10 Н до 500 Н и является подходом к проектированию по умолчанию в этом классе.

Приблизительный принцип работы заключается в том, что форсунка направляет часть топлива на стенку камеры сгорания, где оно течет по стенке и выходит к форсунке. По пути он испаряется из-за тепла, выделяемого при соседнем сгорании топлива и окислителя в центре камеры, и при этом сохраняет стенки холодными.

Были реальные примеры подобных двигателей, имеющих проблемы из-за прогорания и образования боковых струй (т.е. последнее, что может произойти перед катастрофическим отказом), когда эта пленка не полностью покрывала стенки, возможно, из-за работы с неправильным соотношением смеси или режимом работы. цикл. Но в целом это чрезвычайно хорошо зарекомендовавший себя метод охлаждения.

Более подробную информацию о рассмотрении двигателей Marquard с пленочным охлаждением для RCS Space Shuttle можно найти в этом отчете: SSRCS.

Двигатели с подачей под давлением четвертой ступени PSLV (PS4) являются гиперголическими (MON / MMH), и их камера сгорания охлаждается регенеративно , а их сопло из сплава Колумбия охлаждается радиационно. Это модифицированные версии подруливающих устройств PSLV первой ступени (PS1).

Здесь хорошо видны охлаждающие каналы, выточенные на стенках камеры сгорания.

Источники изображения:

https://web.archive.org/web/20210101224749/http://asaco.in/aerospace/precision-cnc-machined-omponents/

https://web.archive.org/web/20210101224745/http://asaco.in/aerospace/sub-systems-for-aerospace/

https://www.isro.gov.in/sites/default/files/flipping_book/9-Space_India-234_1989/files/assets/basic-html/page-7.html

https://www.isro.gov.in/pslv-upper-stage-engines-ps4-successfully-restarted-space