Почему многозолотниковый насос очень редко встречается на ракетах?

Причина использования нескольких валов / золотников заключается в том, чтобы позволить внутренним ступеням / ступеням более высокого давления вращаться с другой (большей) скоростью, чем внешние ступени более низкого давления.

В авиационных реактивных двигателях это решает две весьма специфические проблемы. А именно:

• Эффективное создание сгорания с более высоким давлением / соотношением давлений для термодинамической эффективности (в диапазоне скоростей потока).

• Наличие широкого диапазона настроек дроссельной заслонки/текущей скорости двигателя/высоты, которые не вызывают помпажа.

Криогенные турбонасосы не имеют этих проблем, по крайней мере, обычно.

• Поступившая жидкость уже настолько плотна, насколько должна быть, поскольку давление/плотность уже не так сильно связаны.

• Условия низкой скорости для помпажа струй не так часто встречаются в ракетной технике.

Есть также причины не иметь ступеней компрессора в ракетах. В частности, ограничивающим фактором скорости золотника часто является кавитация (не относится к форсункам). Это означает, что многие узлы турбонасосов не могут использовать вторую катушку без риска кавитации. Компрессоры Boost можно использовать для повышения давления в системе, чтобы предотвратить это, но это увеличивает вес, сложность и т. д.

Есть преимущества и у насосных агрегатов, но они достаточно специфичны.

Например, вторая шахта изолирует часть повышения давления из-за предварительной горелки. Для одновальных двигателей внутреннего сгорания (например, RD-0120) важно, чтобы уплотнения, используемые для предотвращения утечек вдоль вала, были сложными/дорогими/потребляющими гелий. Эта изоляция снижает градиент давления, при котором должны работать уплотнения, что может быть только хорошо.

Сбалансировать все это немного сложно, и я не смог бы предсказать, сделает ли это жизнеспособной конструкцию с несколькими катушками. Однако я надеюсь, что это дает некоторое представление, по крайней мере, почему это не такой очевидный выбор, как в самолетах.

ДОПОЛНЕНИЯ/РАЗРАБОТКИ:

Сгорание, приводящее в действие турбонасосы (по аналогии с камерой сгорания в реактивном самолете), происходит (и требует) относительно высокого давления.

В реактивном двигателе катушка приводит в действие вентилятор спереди. В узле турбонасоса это приводит в действие компрессор «другого» топлива, того, которое не проходит через сам турбонасос. В обоих случаях, если вал не полностью уплотнен, часть жидкости под высоким давлением из середины может просочиться вдоль вала к тому, что вал приводит в движение. В случае с самолетом это не проблема. Если небольшое количество продуктов сгорания вытекает спереди, это не имеет большого значения (все богато окислителем и находится под низким давлением). В турбонасосе любая такая утечка была бы очень плохой. Поскольку одна из жидкостей богата топливом, другая богата окислителем. И это в замкнутом пространстве. АКА сегодня нет места ни для чего в непосредственной близости.

Чтобы избежать этого, используется действительно сложный набор уплотнений, а в середине под огромным давлением впрыскивается инертный газ (гелий). Это разделяет то, что происходит вместе. Но это не идеальное расположение. Он тяжелый и потребляет гелий, который необходимо хранить под высоким давлением. То есть резервуары высокого давления. Это означает, что больше веса, больше проблем, больше затрат на разработку и производство и т. д.

Здесь помогает конструкция с двумя шпулями. В 2-золотниковой конструкции золотник низкого давления (внутренняя ось/внешние ступени) приводит в движение. Следовательно, только ступени низкого давления нуждаются в вышеупомянутом сложном уплотнении. Если жидкость внутренней ступени просачивается в ступени более низкого давления, это не так уж плохо, поскольку вы все еще находитесь в том же типе топлива, и это не вызовет дополнительного сгорания.

Это означает, что вам нужно герметизировать только ступень низкого давления, что делает все проще (легче).