В чем преимущество независимых насосов по сравнению с обычным насосом в кластерной конфигурации?

В этом посте я говорю о двигателях немного абстрактно, используя «насос» для обозначения всего насосного комплекса или «силовой части», которая может состоять из нескольких реальных турбонасосов, а «камера сгорания» для обозначения основной камеры сгорания, а не любые предгорелки или газогенераторы.

Чаще всего вы увидите один насос на камеру сгорания и сопло.

В некоторых крупных двигателях, в основном российских, камера сгорания разделена: большие камеры имеют больше проблем со стабильностью сгорания, а насосы масштабируются более прямолинейно. Например, двигатель РД-107/108 корабля «Союз» состоит из одного турбонасоса и четырех камер сгорания + сопла. Однонасосный четырехкамерный РД-170, используемый на жидкостных ускорителях «Энергии», имеет 2-камерные ( РД-180 , используемые на Атласе V) и однокамерные ( РД-191 , используемые на Ангаре) производные с использованием насосов меньшего размера; их, должно быть, было очень просто спроектировать, поскольку камеры и сопла уже были проверены.

Ракета Atlas первого поколения имела двухкамерную разгонную ступень; конструкция фактически переключилась с общего турбонасоса на отдельные турбонасосы и обратно на общий насос в различных версиях, что говорит о том, что одна конфигурация не имеет большого преимущества перед другой. Компонент газогенератора был общим для всех версий, что еще больше усложняет подсчет.

Двигатель F-1, использовавшийся на Saturn V, был достаточно большим, чтобы столкнуться с этими проблемами стабильности сгорания, но они продолжали переделывать инжектор и верхнюю часть камеры сгорания, пока он не заработал, а не переделывать его как многокамерный двигатель.

Двигатели H-1 от Saturn IB, SSME от Shuttle, Merlin от Falcon и двигатели Rutherford от Electron представляют собой двигатели с одним насосом и одной камерой, используемые в кластерах.

Массовый расход насоса по существу пропорционален тяге. Для данной скорости насоса двигатель обычно легче, если вы используете одну камеру вместо нескольких камер. Таким образом, с точки зрения отношения тяги к весу идеальным был бы один большой двигатель на каждую ступень: один насос, обеспечивающий необходимую общую тягу, и одна камера сгорания.

На практике есть несколько причин, по которым следует рассмотреть возможность объединения двигателей меньшего размера для достижения одинаковой общей тяги: возможность неработающего двигателя; дросселирование путем отключения отдельных двигателей и избежание инженерных и логистических проблем, возникающих при создании гигантских одиночных двигателей.