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VDLE—涡轮泵式液体火箭发动机

归档日期:07-14       文本归类:火箭发动机      文章编辑:爱尚语录

  瞎翻乱看之际,碰到这根骨头,闲来无事,做做啃骨咽渣的消磨,磨磨狗牙。啃到哪儿,算哪儿吧。

  虽然单词“涡轮泵”在大多数的字典中没有收录,韦伯斯特大辞典中界定前缀“涡轮增压” : “增压”表示,汽轮机,或有关的,或驱动汽轮机;例如作为一个涡喷,涡扇,或汽轮发电机组的装置“ 。涡轮泵作为一个复合词,被选定用来形容在液体推进剂火箭发动机中使用的涡轮驱动的旋转机械,并组成一个或多个泵的涡轮机械。

  火箭发动机涡轮泵的功能,是在比较低的入口压力条件下,从火箭的推进剂贮箱获得液体推进剂,然后提高推进剂的压力,以需要的流量和压力把吸入的推进剂压入(推力室、发生器或预燃室的)燃烧室。

  驱动涡轮本身所需要的能量,是由高压(高温)气体膨胀提供的,这部分高温高压气体通常是在经过泵增压的推进剂中抽出一部分的推进剂混合燃烧所产生的。

  液体火箭发动机涡轮泵是一个单独设置的旋转机械,类似于涡喷、涡扇和涡桨发动机,由于在通常情况下,涡轮泵由高温燃气驱动,给相对温度较低的推进剂增压,因此,在涡轮和泵之间存在很大的温度差,是其特点之一。

  由于入口压力比较低,在给密度相对比较高(相对于涡轮燃气)的流体工质增压时,泵必须避免发生汽蚀现象,并必须在一个比较宽的节流范围内,以很高的压力将推进剂供应给推力室。

  通常情况下,涡轮由富燃料燃烧产物驱动,驱动火箭发动机涡轮的燃烧产物中的可用的能量和热容量水平,通常在典型的涡轮喷气发动机的10倍以上。

  为了满足火箭发动机整体的高性能要求,涡轮泵在性能和重量方面,必须做到最优化。

  轴承通常在经过泵增压的推进剂环境中运转,大多数情况下推进剂的润滑特性是比较差的。

  采用静态密封和动态密封来阻止各推进剂组元(一般为氧化剂和燃烧剂两种组元)在涡轮泵内部发生接触和混合,那样将导致燃烧和灾难性的失败。

  涡轮泵的配置(结构设计)是高度依赖于火箭发动机的循环方式和发动机的流量、压力要求。

  本文将从方案设计的角度,对各种不同的涡轮泵的配置进行讨论,用到的学科包括如下几个范畴:设计选择过程;每种已经用过的旋转机械所达到的 “目前的技术水平”;影响涡轮泵的设计的发动机不同循环方式的要求。

  在一次热点火试验中,被试验的涡轮泵的液体推进剂进口段被冰包覆,与之明显对比的情况是,联接燃气发生器燃烧室的涡轮燃气入口却热得发红。

  火箭发动机中是否需要对涡轮泵,和火箭的任务速度及有效载荷的要求直接相关。

  液体火箭发动机采用挤压式推进剂供应方案,还是采用泵压式推进剂供应方案,取决于火箭的任务要求。

  如果任务的速度和有效载荷要求不高,向推力室供应推进剂,可以采用给飞行器推进剂贮箱增压的方案,即挤压式推进剂供应方案。

  随着任务速度要求的增加,必须提高推力室的压力,以提高比冲(每磅每秒推进剂流量所产生的推力),目的是提高运载器的推重比。

  这就很好地说明了如下观点:为了尽可能地降低运载器的推进剂贮箱的重量,必须承受采用涡轮泵所带来的系统复杂程度的增加的弊端。

  火箭发动机所选定的循环方式,也影响着涡轮泵的技术要求和配置(结构设计)。

  一般而言,三种循环方式已被用于液体火箭发动机:燃气发生器循环(开式循环),分级燃烧循环(闭式循环,半分级燃烧循环和全流量分级燃烧循环)和膨胀循环(闭式循环)。

  对于采用燃气发生器循环的液体火箭发动机,驱动涡轮的燃气流,与推力室的燃气流是并行的,涡轮燃气通过涡轮燃气废气排放管排放到发动机外部,不参与推力室的燃烧,因而只产生较低水平的废气排放推力。

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