Это то, чего я просто не понимаю. Насколько я понимаю, топливо может само по себе находиться в баке под давлением. Просто закачайте туда много всего и убедитесь, что бак достаточно крепкий. Это может сделать любая жидкость. Не должно быть необходимости герметизировать его чем-то другим, например гелием, который добавляет массу, особенно если учесть резервуар с гелием.
Я тоже не понимаю, как можно вот так смешивать гелий с топливом. Как вы гарантируете, что при открытии клапана вместо смеси топлива с гелием выходит топливо?
Примечание: я говорю о небольших ракетах, таких как двигатели на орбитальном спутнике, или, может быть, немного больше, как двигатель Apollo CSM (который также работал под давлением). Я не говорю о больших ракетах, запускаемых с земли, которые уж точно не могут быть системами с принудительной подачей.
Интересные и нетривиальные вопросы.
Большинство видов топлива не находятся под давлением, потому что, как только двигатели включаются, давление резко падает, поскольку баки быстро опустошаются, а топливо не может испаряться достаточно быстро, чтобы не отставать. LOX, RP и H2 являются наиболее распространенными жидкими топливами для ракет-носителей, и ни один из них не испаряется достаточно быстро, чтобы поддерживать давление. (Обратите внимание, что это в масштабе ракеты-носителя. Для систем управления реакцией существуют двигатели LOX / метан с самонаддувом .)
Таким образом, на практике наддув осуществляется с помощью другого газа, обычно азота или гелия ( вид воздуха, который делает ваш голос смешным ), хранящегося под очень высоким давлением в отдельном резервуаре и подаваемого в постоянно увеличивающийся незаполненный объем основных резервуаров по мере их опорожнения. Азот используется, потому что он дешевый и плотный (даже более плотный, если сжиженный, хотя мне не известны такие системы); гелий легкий.
На практике это облом, поскольку система наддува значительно усложняет и увеличивает массу ракеты.
Что касается смешивания гелия и топлива, то они, как правило, не смешиваются слишком сильно из-за совершенно разных плотностей и больших ускорений во время разгона. Тем не менее, особое внимание уделяется конструкции диффузоров, которые предотвращают попадание газа наддува в жидкое топливо, как в самой удивительной в мире струе газированной воды.
Что касается обеспечения того, чтобы жидкость находилась рядом с выпускным клапаном, а не незаполненный газ, это легко сделать, когда ракета находится на земле и находится под ускорением. Это реальная проблема для зажигания разгонного блока после отключения основного ускорителя, когда ракета находится в свободном падении. Здесь есть много решений, которые, вероятно, являются темой для другого вопроса, но краткий ответ — крошечные ракеты для осаждения топлива непосредственно перед воспламенением, гарантируя, что остается небольшое ускорение для удержания топлива, используя экраны или другие функции в резервуар, в котором используется капиллярное действие или поверхностное натяжение, чтобы удерживать жидкость рядом с выпускным отверстием и т. д.
Учитывая, что вы используете жидкое топливо, вы не можете полагаться на его собственную сжимаемость для достижения требуемого давления. Жидкости плохо сжимаются.
Это особенно верно, поскольку вам нужно высокое давление для вашего подруливающего устройства и, что еще хуже: обычно вы не хотите, чтобы это давление менялось во время использования двигателя. Таким образом, обычное решение состоит в том, чтобы обеспечить постоянное высокое давление метательного взрывчатого вещества путем подачи инертного (т.е. нереакционноспособного) газа в топливный бак. Кроме того, это позволяет изменять давление топлива во время использования.
Ориентация жидкого топлива - сложная тема. Как сказано в других комментариях, обычно используемые методы включают в себя: - использование гибкого баллона, который отделяет жидкость от газа и сжимает жидкость вокруг жидкости - подачу капель жидкости в выпускное отверстие с помощью дапилярной силы, например, с помощью небольших волокон или пластин или специальное стеновое покрытие - обеспечение предварительного ускорения бака (по направлению к выпускному отверстию!), например, за счет вращения космического корабля или предварительного ускорения в желаемом направлении с помощью верньерных двигателей (кстати, еще одно использование азота или гелия). .) - в целом, избегая «выплескивания» жидкости в баке, добавляя почти отдельные отсеки в баке.
При расчете запаса топлива вы также должны учитывать, что в баке всегда будет остаточное количество топлива, которое нельзя использовать для сжигания в запланированной контролируемой операции.
Достаточно просто иметь достаточное давление, когда бак полный. Но с вашим методом вам нужно закачать достаточное количество газа, чтобы поддерживать давление до тех пор, пока бак не опустеет.
Скажем, вы будете использовать бак, пока не останется 5% топлива. В этом случае ваш сжатый газ расширился в 20 раз, а давление упало в 20 раз. Если давление в этой точке составляет 1 бар, вам нужно начать с 20 бар. Это означает, что вам нужен очень тяжелый бак: в 20 раз тяжелее, чем бак, рассчитанный на 1 бар.
Вместо этого вы строите небольшой резервуар высокого давления и подключаете его к большому резервуару через регулятор давления. Таким образом, у вас всегда будет достаточное давление в баке, без необходимости строить тяжелый основной бак.
Идеальный сценарий — это когда вы можете использовать само топливо для создания давления. Теперь топливо всегда немного кипит. На самом деле перед запуском баки обычно вентилируются, чтобы предотвратить слишком сильное повышение давления в баке из-за испарения.
Но когда ступень используется, как сказал Адам, топливо само по себе не выкипает достаточно быстро, чтобы поддерживать давление в баке.
В этой области есть интересные новые разработки: ULA работает над ступенью ракеты ( ACES ), которая будет использовать один или несколько небольших двигателей внутреннего сгорания для нагрева топлива. Они обнаружили, что таким образом они могут генерировать достаточное количество выкипания, чтобы поддерживать давление в резервуарах второй ступени.
Используйте небольшой гелиевый баллон высокого давления, расположенный внутри бака и хорошо изолированный электрическим нагревателем, его объем способен вытеснять LOX при давлении, достаточном для полной тяги размера камеры сгорания, что экономит место.
Уве
икрасе