Можно ли использовать криогенное расширение жидкого кислорода и жидкого водорода для прокачки ракетного двигателя?

Распространенным топливом среди ракет является комбинация криогенного жидкого водорода и жидкого кислорода. Я посмотрел на конструкцию простой ракеты с использованием этого коктейля, который является топливом, и обнаружил, что для вышеупомянутого топлива требуется насос или инертный газ для закачки жидкого водорода и жидкого кислорода в камеру сгорания ракеты. Криогенные жидкости имеют экстремальные коэффициенты расширения, когда достигается их точка кипения, и газ расширяется внутри контейнера, а если это герметичный контейнер, то это означает, что давление возрастает. Мой вопрос таков; разве вы не можете нагреть жидкий водород и жидкий кислород в топливных баках ракеты, криогенные водород и кислород расширяются и создают давление в герметичном топливном баке,

Но не в самих баках, потому что необходимое давление должно быть больше, чем давление в камере сгорания, а это много en.wikipedia.org/wiki/Expander_cycle ..
Да, но жидкий водород имеет степень расширения 1 к 851, а степень расширения жидкого кислорода 1 к 860. Предварительный нагрев перед запуском для создания начального давления, а затем с помощью теплообменника, как в приведенной вами статье в википедии, может обеспечить давление на оставшуюся часть полета ракеты. Это много тепла и много криогенной жидкости с очень высоким коэффициентом расширения, которое расширяется, создавая огромное давление.
Вы же не хотите, чтобы ваши баллоны находились под таким высоким давлением. Чтобы выдержать такое давление, они были бы невероятно тяжелыми. Тем не менее, нередки случаи, когда газ отключается для поддержания незаполненного давления в резервуарах как по конструктивным причинам, так и для поддержания достаточного давления на входе для предотвращения кавитации в насосах. Однако это гораздо более низкое давление — сродни тому, что в ваших шинах или в банке из-под газировки.
Вы берете дорогое высокопроизводительное топливо, имеющее проблемы с соотношением масс, и комбинируете его с недорогой двигательной установкой с низкими характеристиками, которая обеспечивает простоту за счет большой сухой массы. Это могло бы сработать, но эти двое сводят на нет преимущества друг друга, усиливая свои недостатки... вероятно, это не очень хорошая комбинация компромиссов.
Есть еще двигатель с защитой от давления, который может преодолеть штрафы за вес, связанные с усилением танка. Более серьезной проблемой является давление паров топлива и окислителя, которое может ограничивать давление в камере. Этан и закись азота представляют собой комбинацию с очень высоким давлением паров, и об этом было написано несколько статей, а также о пропелленте NOP с использованием автогенного наддува. При этом не использовались другие газы, такие как азот или гелий, однако было 20% остаточного топлива, когда вся жидкость испарилась, и давление больше нельзя было удерживать.

Ответы (1)

Это известно при автогенном наддуве https://en.wikipedia.org/wiki/Autogenous_pressurization. В баках создается давление, чтобы поддерживать структурную целостность и способствовать подаче топлива в турбонасосы. Но создание давления в топливных баках - это не то же самое, что нагнетание топлива в камеру сгорания. Давление на выходе из ракетных турбонасосов действительно очень высокое, даже выше, чем давление в самой камере сгорания.

Например, в двигателе Raptor считается, что давление в турбонасосах превышает 600 атмосфер. Камера сгорания около 300 атмосфер https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Raptor_Engine_Unofficial_Combustion_Scheme.svg

Основные топливные баки Starship (для которых строится двигатель Raptor) были испытаны под давлением и разорвались при 8-9 атмосферах, поэтому помещение их под 600+ атмосфер просто вызвало бы взрыв, и даже если бы это было возможно, это потребляло бы огромное количество энергии. количества топлива для заполнения баков при давлении 600 атмосфер.

Еще одна проблема, которая может возникнуть при автогенном нагнетании давления, — это конденсация. Это особая проблема, если ракета предназначена для значительного изменения направления во время работы двигателей (как это было со Starship). Если во время маневра внутри баков происходит выплескивание и криогенное разбрызгивание, горячие автогенные газы контактируют с значительно увеличенной площадью поверхности холодной криогенной жидкости и быстро конденсируются, снижая давление. Эта проблема была основной причиной аварий нескольких прототипов Starship. Я считаю, что SpaceX теперь увеличивает автогенное наддув Звездного корабля гелием, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

Можно ли использовать криогенное расширение жидкого кислорода и жидкого водорода для прокачки ракетного двигателя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v