Bei welchem ​​Druck wird in einer kryogenen Kraftstoffrakete der Kraftstoff in den Motor eingespritzt?

Question

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Der Druck in den Haupttriebwerken des Space Shuttles muss sehr hoch sein, um das Fahrzeug vom Boden abzuheben (natürlich mit dem SRB-Assistenten). Wie spritzt man bei so hohen Drücken im Motor Kraftstoff in den Motor? Ich verstehe, dass der Kraftstoff um den Motor herum geleitet wird, damit er die Düse abkühlt, damit der Auspuff sie nicht schmilzt, und dann in den Motor. Ich habe jedoch immer angenommen, dass der Druck des Kraftstoffs, der in den Motor fließt, höher sein muss als der Druck, den die Abgase ausüben. Wenn ja, wie pumpt das Shuttle so hohen Druck in die Motoren?

Answer 1

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Das SSME ist ein Stufenverbrennungsraketenmotor, was bedeutet, dass ein kleiner Teil des Treibmittelstroms in die Hauptbrennkammer zuerst in einen kleinen Vorbrenner umgeleitet wird (tatsächlich zwei). Diese Vorbrenner verbrennen (relativ) kleine Mengen an Brennstoff und Oxidationsmittel, um heißes Abgas zu erzeugen, das durch eine Turbine expandiert wird, die mechanisch mit einer Pumpe (daher Turbopumpe) verbunden ist, die zur Versorgung der Hauptleitung mit Hochdruckbrennstoff und Oxidationsmittel verwendet wird Brennkammer.

Der eigentliche Motor ist wesentlich komplizierter als dieser (selbst in einem vereinfachten Schema), aber dies ist die Grundvoraussetzung eines jeden Turbopumpenmotors: Heißgas dreht eine Turbopumpe, die die Haupttreibstoffversorgung aufpumpt und spritzt es in die Brennkammer. Die SSME hat viele andere kleine Details, wie Hoch- und Niederdruckpumpen, und führt die Verbrennungsgase zurück in die Hauptkammer - anstatt sie wie der RS-68 über Bord zu entlüften.

Aber unter dem Strich ist das OP richtig. Der Druck in der Brennkammer ist sehr hoch. Sie spritzen Treibmittel in die Brennkammer, indem Sie am Auslass der Turbopumpen einen noch höheren Druck ausüben. In den Tanks bei niedrigerem Druck lagern, mit dem Turbolader aufpumpen und dann den Druckgradienten bis zum hellblauen Licht am Ende der Düse fahren.

mit freundlicher Genehmigung von Wikipedia.

Wenn Sie besser verstehen möchten, warum das Treibmittel überhaupt unter hohem Druck stehen muss.

Answer 2

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Dies ist kompliziert, aber hier ist das Wesentliche:

Schub wird erzeugt, indem Hochdruckgas in eine Umgebung mit niedrigerem Druck geleitet wird. Diese Strömung ist Überschall, sodass das, was sich stromabwärts des Halses (oben auf der Düse) abspielt, nicht von dem erfasst werden kann, was in der Brennkammer vor sich geht (Schall ist nur eine Druckwelle). Die Düse ist Überschall, die Brennkammer ist Unterschall. Die Düse dehnt das Gas aus, um den erforderlichen hohen Staudruck zu erzeugen - hauptsächlich durch Erhöhen der Gasgeschwindigkeit. Beachten Sie, dass Stagnationsdruck (der Wert, an den Sie denken) nicht nur statischer Druck ist, sondern auch eine Geschwindigkeitskomponente enthält.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Shuttle dies nicht tut Kraftstoff und Oxidationsmittel müssen mit einem höheren Druck als dem am Düsenausgang in den Verbrennungsmotor gepumpt werden, weil:

• aufgrund des Überschalls keine Druckinformationen vom Düsenausgang zum Brennraum zurückgesendet werden Strömung in der Düse.
• Ein großer Teil des Austrittsdrucks der Düse (Staudruck) ergibt sich aus der Geschwindigkeit der Gase - Geschwindigkeit, die durch Ausdehnung des Überschallgasstroms erzeugt wird.
• Kraftstoff und Oxidationsmittel wird jedoch bis zu einem gewissen Grad durch Turbopumpen unter Druck gesetzt, um eine positive Abgabe in die Brennkammer sicherzustellen.

Ich hoffe, dies hilft. Der Antrieb ist ein sehr kompliziertes Gebiet.

Update : Der Hauptbrennkammerdruck auf die SSMEs bei voller Leistung beträgt ungefähr 3,008 Pfund pro Quadratzoll.

Answer 3

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Nur um ein bisschen Perspektive hinzuzufügen. Die Hochdruck-Kraftstoffturbopumpe arbeitet mit einer Leistung von etwa 69.000 PS, und der Ochse leistet 25.000 PS http://www.rocket.com/space-shuttle-main-engine. Das Pumpen von Hochdruck-Kryotechnik benötigt also ~ 100.000 PS pro Shuttle-Motor. (In der Größenordnung von 500-1000 Automotoren)