液体推进剂火箭引擎

液体推进剂系统带推进剂在外部的坦克燃烧室。大多数这些引擎使用液体氧化剂和液体燃料,由水泵从各自的坦克。上述压力泵提高引擎的操作压力,然后注入和推进剂发动机的方式保证雾化和快速混合。液体推进剂发动机有一定的特性,这些特性使其比固体系统在许多应用程序中。这些特性包括(1)更高的实现有效排气速度(v_e),(2)高质量分数(推进剂质量除以质量惰性组件),和(3)操作控制水平飞行(throttleability),有时包括停止并重新启动功能和紧急停车。同时,在某些应用程序中,这是一个优势,推进剂加载推迟到前不久推出时间,测量,使用液体推进剂。这些特性往往会促进许多从头应用程序中使用的液体系统高v_e和高推进剂质量分数尤为重要。液体系统也被广泛用作第一阶段运载火箭为太空任务,例如,在土星(美国),阿丽亚娜(欧洲),能源(苏联)发射系统。固体和液体推进剂的相对优势在大型运载火箭仍在辩论和涉及不仅推进性能,而且相关的问题物流发布网站的资本和运营成本,回收和重用的飞行硬件,等等。

液体火箭推进系统的典型组件是发动机,油箱,车辆结构来容纳这些部件和连接到负载和发射台(或车辆)。燃料和氧化剂坦克通常是非常轻量级的建设、运作低压。在某些应用程序中,推进剂低温(即。,they are substances like oxygen and hydrogen that are gaseous at ambient conditions and must be tanked at extremely low temperature to be in the liquid state).

液体推进剂发动机本身由一个主燃烧室混合和燃烧的燃料和氧化剂,与前占领了燃料和氧化剂导管和结束喷油器和超音速喷嘴组成的尾部。积分主室是一个冷却夹克通过液体推进剂(通常是燃料)流通速度足够高,允许发动机操作不断没有过度增加燃烧室的温度。引擎操作压力范围通常在1000 - 10000帕(10 - 100个大气压)。喷射器的推进剂提供多方面的压力稍高,通常通过高容量涡轮泵(一个用于燃料和氧化剂的另一个)。从外面,液体推进剂发动机经常看起来像一个错综复杂的管道,连接泵的坦克,携带冷却的冷却液流和夹克,和传达了注入的液体喷射器。此外,发动机通常安装在平衡环,这样他们可以旋转几度推力方向控制和适当的执行器之间的连接引擎(发动机)和车辆结构约束和旋转发动机。

美国的主要引擎航天飞机采用液态氧(LO₂(LH)和液体氢₂)推进剂。这些引擎是一个非常复杂、高性能的各种液体推进剂火箭。不仅各有一个v_e每秒3630米(11909英尺)的价值,但也能够thrust-magnitude控制范围(2 - 1)。此外,航天飞机引擎翼飞行器的一部分,其目的是把船员和负载20任务。

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在相反的极端复杂性和性能是一个联氨推进器用于常规飞行器的姿态控制和无人驾驶宇宙飞船。这样一个系统可以使用一个装有阀的压力容器代替泵,和单一推进剂流过催化剂床上引起放热(热释)分解。产生的气体通过一个喷嘴已是筋疲力尽,适当的校正所需的态度。这种系统还被用作天然气发电机涡轮泵在更大的火箭。

大多数液体推进剂火箭使用二元燃料系统即:,those in which an oxidizer and a fuel are tanked separately and mixed in the combustion chamber. Desirable properties for propellant combinations are low分子质量和高温度(高排气速度),反应产品的高密度(坦克重量降到最低),低风险因素(如腐蚀性和毒性)、低环境影响,和低成本。根据应用程序的选择是基于权衡。例如,液态氧被广泛使用,因为它是一个很好的氧化剂的燃料(给高火焰温度和低分子质量),因为它是相当密集的和相对的便宜。只是液体低于−183°C (297°F−),这限制了其可用性,但它可以加载到绝缘坦克前不久推出(和补充或排水的启动延迟)。液体氟或臭氧在某些方面更好的氧化剂但涉及更多的风险和更高的成本。所有这些系统需要特殊的低温泵和其他组件的设计,和腐蚀性,毒性及危险特性的氟和臭氧阻止了他们在操作系统中使用。其他看过操作使用的氧化剂硝酸(HNO₃),过氧化氢(H₂O₂),四氧化二氮(N₂O₄在环境条件下),它是液体。虽然有些有些有害化学物质,他们是有用的在火箭的应用程序必须在附近发射条件在一段时间,如远程的情况弹道导弹。

液氢通常是最佳的燃料从高排气的角度速度,它可能使用专门要不是低温要求及其密度很低。这样的碳氢化合物燃料酒精和煤油往往是首选,因为他们在环境条件下液体,密度比液态氢除了更多的“集中”燃料(即。,他们有更多的燃料原子在每一个分子)。的值排气速度是由更高的相对影响火焰燃烧温度和分子反应产品的质量。

在实践中,各种选择的推进剂系统已经在大系统中,如图所示液体推进剂的表。在低温推进剂的航班可以利用(例如,ground-to-Earth-orbit推进),液态氧通常是用作氧化剂。在第一阶段烃或采用液氢,而后者通常是采用第二阶段。在洲际弹道导弹和其他类似导弹必须准备好发射站在短时间内,noncryogenic(或“存储”)推进剂系统使用,,例如,一个oxidizer-fuel四氧化二氮和hydrazine-unsymmetrical二甲肼(也指定的偏二甲肼;(CH₃]₂NNH₂)。这类系统应用等长期航班涉及航天飞机轨道机动系统和阿波罗登月舱。固体发动机已经被证明是有用的在长时间的飞行,但液体系统往往是首选,因为需要或推力控制启停功能。

其他系统

正如前面指出的,系统使用能源独立的推进剂流体研究了,他们几个太空任务中提供承诺。在某些系统推进剂是电热压力升高,然后通过一个喷嘴加速了排气。在其他的推进剂是没有一个喷嘴(如加速离子和霍尔推进器)电磁意味着,至少在这种情况下,必须首先带电液体的一部分。在这些系统的能量来源核,太阳能,或者从一个独立的光束能量来源。前景最当前的任务是这样的车载能源不会适合高推力任务。然而,航班等任务行星持续低推力从车载能源节省推进剂。源自一个这样的任务地球轨道飞行系统和车载材料被运送到地球轨道化学火箭推进。电热液体可用于载人任务空间站,low-thrust能力需要控制轨道和车站的态度。一直在考虑人类排泄物的使用产品作为推进剂;这些可以从电力系统电加热已经站操作的需要。