Как получается, что "продувочные" системы хранения топлива работают в условиях микро-/невесомости?

Система давления «продувки» — это то, что широко используется на Земле — с множеством применений, начиная от кегов и заканчивая высокотехнологичной гидравликой.

Эта архитектура фокусируется на добавлении сжатого инертного зарядного газа в сосуд, заполненный жидким ракетным топливом. На Земле газ менее плотный, чем жидкость, и поднимается к верхней части резервуара, так что, когда выпускное отверстие открывается, газ буквально вытесняет жидкость, поскольку она пытается расшириться до атмосферного давления.

ТАК... в условиях невесомости нет предпочтительного направления, в котором «менее плотный» газ захочет двигаться по отношению к «более плотной» жидкости. Интуитивно я подумал про себя, что эта архитектура не подойдет для космических полетов, поскольку невозможно сказать, какой из материалов (зарядный газ или жидкое топливо) будет плавать возле выхода.

Другими словами, вам может очень не повезти, и все ваше жидкое топливо будет плавать на противоположной стороне вашего бака, а ваш зарядный газ будет плавать прямо рядом с выпускным отверстием. В этом случае вы бы открыли вентиль бака и могли бы слить из бака наддувочный газ, не выбрасывая сколько-нибудь значительного количества жидкого топлива (именно это вам и нужно).

При этом было множество высококлассных миссий / двигателей на жидком топливе и т. д., которые используют эту архитектуру. Кассини отличный пример. Что мне не хватает?введите описание изображения здесь

Ответы (2)

Для обеспечения выхода из бака пропеллента, а не сжатого газа используются различные конструкции.

Одним из них являются пузыри или диафрагмы для разделения жидкостей.

введите описание изображения здесь

( Источник изображения )

В других конструкциях используются капиллярные структуры, галереи или экраны, которые используют поверхностное натяжение топлива для захвата топлива возле выхода из бака.

введите описание изображения здесь

( Источник изображения )

введите описание изображения здесь

( Источник изображения )

Справочник - Движение космического корабля стр. 191

Есть также двигатели с незаполненным объемом, особенно для больших топливных баков, как в миссиях «Аполлон». Однако космические корабли, которые должны сгореть несколько раз в течение своего срока службы (например, «Кассини»), не могут использовать двигатели с незаполненным объемом.
@Quietghost или системы, которые могут испытывать различные направления ускорения, такие как система управления реакцией Shuttle.
@OrganicMarble: Спасибо за ответ. Я довольно хорошо знаком с баллонными/диафрагменными баллонами, а также видел несколько «поршневых» баллонов, в которых используется та же общая идея. Я посмотрю на другие немного больше, а также. Хотя рад узнать, что я не сумасшедший. Поскольку все схемы, которые я видел, обычно ничего явно не говорят об этих внутренних механизмах, это было для меня вечным вопросом «wtf» в течение некоторого времени.
@Quietghost Вы можете создавать небольшие жидкостные подруливающие устройства, используя баллонные или капиллярные растворы, и использовать их в качестве подруливающих устройств для более крупных двигателей - это решение Apollo.
@AustinPrater всегда пожалуйста! Модное слово / аббревиатура, которую следует искать на 2-м типе танков, - «PMD» для устройства управления топливом. Если вы погуглите «ПМД в топливных баках», вы многое прочитаете.

Резервуары, содержащие жидкое топливо, нуждаются в каком-либо вытеснителе (газе), чтобы вытеснить топливо из бака. Как вы заметили, в условиях невесомости существует потенциальная проблема, заключающаяся в том, что газ и жидкость имеют тенденцию смешиваться и образовывать пену. Для решения этой проблемы используется ряд подходов:

  1. Используйте гибкий баллон внутри резервуара, который отделяет газ от жидкости. Кассини использовал этот подход для своей однотопливной системы ориентации на гидразине.
  2. Используйте отстойные ожоги, обеспечиваемые отдельным набором двигателей, которым не требуется отстойный прожиг. Задача осадительного горения состоит в том, чтобы обеспечить достаточное ускорение (нужно не так много), чтобы заставить газ и жидкость разделиться. Кассини не использовал осадочные ожоги. Есть ряд других аппаратов, в том числе разгонный блок «Сатурн».
  3. Используйте устройство управления подачей топлива, которое обеспечивает достаточное количество топлива для двигателей, чтобы вызвать разделение газа и жидкости. Устройства управления топливом обычно полагаются на поверхностное натяжение, чтобы притянуть топливо к губке или отстойнику. Cassini использовал этот подход для своего двухкомпонентного основного двигателя.
Использовались баллоны, но для криогенного топлива я не верю, что существует резина или другой материал, который может оставаться гибким при сверхнизких температурах.
@JohnnyRobinson - Гидразин не является криогенным. Этот вопрос касался «Кассини», который использовал гидразиновый бак с пузырем, который питал двигатели управления ориентацией. Управление ориентацией и урегулирование ожогов не смешиваются для управления ориентацией, и PMD немного сомнительны.
Как получается, что "продувочные" системы хранения топлива работают в условиях микро-/невесомости?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v