عملکرد موتور موشک مایع بدون پمپ

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1622

سپاس: 3160

جنسیت:

تماس:

عملکرد موتور موشک مایع بدون پمپ

پست توسط rohamjpl »

اساساً تمام موشک هایی که من می شناسم دارای پمپی هستند که سوخت و اکسید کننده را به محفظه احتراق تغذیه می کند. توربوپمپ یکی از پیچیده ترین و گران ترین اجزای کل موشک است. اگر یک موتور بدون پمپ تغذیه گرانشی امکان پذیر بود، تا به حال انجام شده بود.
عملکرد یک موتور موشک - ضربه خاص آن - به طور مستقیم با سرعت گاز اگزوز متناسب است (و نه چیز دیگر!). این سرعت با رهاسازی محصولات احتراق از محفظه احتراق تحت فشار (که با تولید مداوم گاز خروجی با سوزاندن سوخت تحت فشار قرار می گیرد) به دست می آید و هر چه فشار بیشتر باشد، می توانید گاز خروجی را بیشتر شتاب دهید - عملکرد بهتری به دست آورید.
برای تزریق سوخت به محفظه احتراق باید آنها را با فشاری بالاتر از فشار موجود در محفظه به داخل فشار دهید. این امر مستلزم لوله کشی و زیرساختی است که بتواند این فشارها را تحمل کند - دیوارهای ضخیم، حجیم و سنگین. اگر کل مخزن را تحت فشار قرار دهید، کل مخزن باید ضد فشار باشد - به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر فشارهای بالا مقاومت کند. این منجر به مخزن فوق‌العاده ضخیم و سنگین می‌شود یا - عملاً - مخزنی که نسبتاً سنگین است اما فقط فشار بسیار متوسطی را تحمل می‌کند. که به فشار کم محفظه احتراق و عملکرد ضعیف تبدیل می شود.تصویر
توربوپمپ ها راهی برای حل این مشکل هستند - مخزن فقط باید فشار بسیار کمی را که برای رساندن سوخت به پمپ لازم است تحمل کند، و سپس فقط بخش کوچکی از زیرساخت که از پمپ عبور می کند باید تقویت شود و می توان آن را تا حدودی تقویت کرد. (کوچک است!) ارائه فشار محفظه بسیار بالا - عملکرد موتور عالی.
در اینجا یک مفهوم بسیار ساده در راه حل وجود دارد که باید آن را درک کنید - سخت افزار و سیستم در وسایل نقلیه ای که پرواز می کنند (در بیشتر موارد) بر اساس معیارهای حداقل وزن طراحی شده اند. آنها بر اساس «آنچه جالب است»، یا حتی «آنچه قابل نگهداری است» (اگرچه مسلماً باید باشند) یا هر چیز دیگری طراحی نشده اند. آنها با حداقل وزن طراحی شده اند.
سیستم‌های موتور موشک پیشران مایع نیز تقریباً با حداقل وزن طراحی شده‌اند. به نظر می رسد برخی از مردم فکر می کنند که ماشین آلات پمپاژ بر اساس حداکثر راندمان طراحی شده اند، اما این نیز به ویژه درست نیست. سخت افزار بر اساس معیارهای حداقل وزن سیستم، دوره (تقریباً…) طراحی شده است.تصویر
پمپ های پیشران به یک منبع انرژی نیاز دارند. این منبع انرژی، در حالت ایده آل، نیاز به تولید مقادیر زیادی نیرو در حالی که حداقل وزن را دارد، دارد. در طول سال‌ها، مفاهیم متعددی «تا حد خیلی زیادی» مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، و این «مطالعه تجاری» طراحی همیشه توسط یک سیستم توربین گاز داغ که از محصولات احتراق پیشرانه‌های اصلی موشک به‌عنوان سیال کار استفاده می‌کند، برنده می‌شود. در تجربه من، هیچ چیز (هنوز) حتی نزدیک هم نیست. شاید در آینده تغییر کند، اما ما هنوز «آنجا نیستیم».چرخه موشک تغذیه الکتریکی اکسید کننده و سوخت به پمپ وارد می شود که فشار را قبل از تزریق به محفظه احتراق افزایش می دهد. پمپ ها توسط یک موتور الکتریکی که توسط باتری ها تغذیه می شود، فعال می شوند. یک اینورتر برق DC باتری ها را به AC مورد نیاز موتور تبدیل می کند.توربو پمپ های موشک چگونه نیرو می گیرند؟تصویر
یک توربوپمپ موتور موشک، پیشران مایع را از مخازن خودرو با فشار نسبتا کم دریافت می‌کند و همان را با فشار تزریق و سرعت جریان خاص به محفظه احتراق خود می‌رساند. گازهای پرفشار درگیر در این محفظه برای نیرو دادن به توربین توربوپمپ منبسط می شوند.به طور کلی، دو نوع مختلف سیستم تغذیه پیشران موشک های پیشران مایع وجود دارد که به شرح زیر است:
سیستم های تغذیه فشار گاز
سیستم های تغذیه توربوپمپ
موتور تغذیه شده با پمپ الکتریکی یک موتور موشکی دو پیشرانه است که در آن پمپ های سوخت با نیروی الکتریکی کار می کنند و بنابراین تمام پیشرانه ورودی مستقیماً در محفظه احتراق اصلی سوزانده می شود و هیچ کدام برای به حرکت درآوردن پمپ ها منحرف نمی شوند. این با طراحی‌های سنتی موتور موشک، که در آن پمپ‌ها توسط بخشی از پیشرانه‌های ورودی به حرکت در می‌آیند، متفاوت استیک موتور چرخه الکتریکی از پمپ های الکتریکی برای تحت فشار قرار دادن پیشرانه ها از مخزن سوخت کم فشار به سطوح محفظه احتراق پرفشار، معمولاً از 0.2 تا 0.3 MPa (29 تا 44 psi) تا 10 تا 20 MPa (1500 تا 2900 psi) استفاده می کند. پمپ ها توسط یک موتور الکتریکی و با برق از بانک باتری تغذیه می شوند.
پمپ های الکتریکی در سیستم رانش ثانویه وسیله نقلیه مرحله بالایی Agena استفاده شده بود.
چرخه موتور برای موتورهای توربوپمپ، مسیرهای جریان خاص پیشرانه را از طریق اجزای اصلی موتور، روش تامین گاز داغ به یک یا چند توربین و روش رسیدگی به گازهای خروجی توربین را توصیف می کند. چرخه های باز و چرخه های بسته وجود دارد .
باز به این معنی است که سیال کاری که از توربین خارج می شود، پس از منبسط شدن در نازل خودش، یا تخلیه به نازل محفظه رانش در نقطه ای از بخش در حال انبساط در پایین دست گلوی نازل، به بیرون تخلیه می شود. در چرخه‌های بسته یا چرخه‌های تاپینگ، تمام سیال کاری از توربین به محفظه احتراق موتور تزریق می‌شود تا از انرژی باقی‌مانده به بهترین شکل استفاده کند. تصویر
در چرخه های بسته، گاز خروجی توربین از طریق نسبت فشار کامل نازل محفظه رانش اصلی منبسط می شود، بنابراین عملکرد کمی بیشتر از چرخه های باز می دهد، جایی که این گازهای خروجی تنها از طریق یک نسبت فشار نسبتا کوچک منبسط می شوند. تفاوت عملکرد کلی موتور معمولاً بین 1 تا 8 درصد ضربه خاص است و این در تفاوت‌های بزرگتر در عملکرد خودرو منعکس می‌شود.
انتخاب یک «پمپ الکتریکی» ممکن است به خوبی به این معنی باشد که سازمان در حال توسعه منابع لازم برای طراحی و توسعه یک سیستم محرک توربین گاز داغ را ندارد. این به عنوان یک بیانیه "قضاوت آمیز" در نظر گرفته نشده است - طراحی چنین سیستمی کاری با پیچیدگی قابل توجه است. همچنین ممکن است به معنای ساده‌ای باشد که «مرد پولدار» فکر می‌کرد که مفهوم پمپ الکتریکی «خیلی جالب است...تصویر.
در اینجا یک عنصر دیگر وجود دارد، که مربوط به اندازه وسیله نقلیه درگیر است-
اگر "فضای طراحی" پرتابگرهای "کوچک" و پرتابگرهای "بزرگ" را بررسی کنیم، با چیزی مواجه خواهیم شد که گویا است-
"فضای طراحی" برای وسایل نقلیه پرتاب "کوچک" مکان بسیار زشتی است. منظور من این است که فرصت بسیار کمی برای یک وسیله نقلیه برای طراحی و ساخت "بهینه" وجود دارد. بخشی از این توانایی به دست آوردن کسرهای جرمی پیشرانه بالا در طراحی مراحل آن است. این معمولاً به دلیل این واقعیت است که فرآیندهای تولید حداقل ضخامت دیواره‌ای را تعیین می‌کنند که ضخیم‌تر از آن چیزی است که ما می‌خواهیم از نقطه نظر عملکرد ببینیم. بنابراین، کل "چارچوب" طراحی یک وسیله نقلیه "کوچک" از همان ابتدا معلول است. علاوه بر این، یک وسیله نقلیه "کوچک" به موتورهای موشک "بزرگ" نیاز ندارد. ممکن است قدرت مورد نیاز پمپ های موتور به اندازه کافی کم باشد که یک سیستم محرک غیر توربین (مانند باتری ها) بودجه وزن خودرو را خیلی بیشتر از آنچه که قبلاً وجود دارد،
موتورهای احتراقی مرحله‌ای، پیشرانه‌ها را با فشار بالاتر و نه کمتر از محفظه اصلی پیش‌سوزی می‌کنند. اگزوز پیش سوز به داخل محفظه اصلی پمپ نمی شود، بلکه از طریق توربین جریان می یابد و قبل از ورود به محفظه اصلی، فشار را در آنجا و در مجرا کاهش می دهد. پیش سوزها معمولاً با نسبت مخلوط کمتری نسبت به محفظه اصلی کار می کنند تا چیزها را برای پره های توربین خنک تر نگه دارند.تصویرhope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
smile072 smile072 رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا

تصویر
تصویر

ارسال پست