題:
為什麼多軸泵在火箭上非常罕見?
Meatball Princess
2019-05-22 07:08:03 UTC
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我唯一知道的是RD-0120上的 LP LOX泵。噴氣發動機已經默認採用多閥芯設計,噴氣發動機基本上是渦輪驅動的氣泵。多路泵至少可以節省連接LP和HP泵的管道的重量,否則將在泵送的液體中形成邊界層,更不用說如果該管道具有一個或多個柔性接頭,則可以增加邊界層。在裡面。如果氧氣高壓泵太難使用多閥芯設計,那麼至少高壓燃油泵可以使用這種設計來減輕重量,理想的情況是將低壓泵和高壓泵以及預燃器組合成一個小組件噴氣發動機。 (但是,當然,沒有噴氣發動機的後端壓力為200 bar或更高。)

我對這個問題很感興趣。您能否提供鏈接或編輯您的問題以顯示RD-0120使用此設計?我在唯一可以找到的示意圖中找不到雙閥芯泵:https://qph.fs.quoracdn.net/main-qimg-ce9b18d79f9652c443c989c5695c5541一個參考文獻聲稱NK-33具有雙閥芯LO2泵,但我可以也沒有確認。 https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-27748-6_18
@OrganicMarble我弄錯了。是雙閥芯的LOX增壓泵,而不是LH2增壓泵。有兩個消息來源提到了這一事實。第一個是蘇聯CADB部分中的*液體推進劑火箭發動機的歷史*,第二個是http://lpre.de/resources/articles/AIAA-1995-2540.pdf。
謝謝!我會看的。
一 回答:
ANone
2019-06-19 16:12:35 UTC
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使用多個軸/線軸的原因是允許內部/較高壓力級以與外部較低壓力級不同的(更大)速率旋轉。

在航空噴氣發動機中,這解決了兩個問題。

  • 有效地產生更高的壓力/壓力比燃燒,以提高熱力學效率(在各種流量範圍內)。

  • 具有多種節氣門設置/當前發動機轉速/海拔高度,不會引起喘振狀況。

低溫渦輪泵沒有這些問題,或者至少不是一般性的問題。

  • 進入的流體已經稠密,因為壓力/密度不再緊密耦合。

    >
  • 在噴氣式飛機中,噴氣式飛機低速行駛的情況並不多見。

還有一些理由沒有火箭的壓縮機級。特別地,線軸速度的限制因素通常是空化(與噴氣機無關)。這意味著許多渦輪泵總成在不冒氣蝕的情況下無法利用第二個閥芯。可以使用“增壓”壓縮機來增加系統中的壓力,以防止這種情況的發生,但這會增加重量和復雜性等。 p>

例如,第二軸隔離了因預燃器而引起的部分壓力升高。對於單軸分級內燃機(即:RD-0120),這很重要,用於防止沿軸洩漏的密封是複雜的/昂貴的/消耗氦氣。這種隔離減少了那些密封件必須工作的壓力梯度,這只是一件好事。

平衡所有這些都有些複雜,我無法預測這是否會使密封件失效。多閥芯設計可行。但是,我希望至少能對為什麼它沒有像噴氣式飛機那樣明顯的選擇提供一些見識。

添加/改進:

為渦輪泵提供動力的燃燒(類似於噴氣發動機中的燃燒室)在(並且需要)相對較高的壓力下運行。

在噴氣發動機中,閥芯為前部風扇提供動力。在渦輪泵組件中,這會繼續驅動``其他''推進劑的壓縮機,而這種推進劑不會流過渦輪泵本身。在兩種情況下,如果軸未完全密封,則其中一些高壓來自中間的壓力流體會沿軸洩漏到驅動軸上,對於射流而言,這並不是什麼大問題。如果少量燃燒產物從前部洩漏出來,則沒有太大關係(所有物質都富含氧化劑且處於低壓狀態)。在渦輪泵中,任何此類洩漏都是非常嚴重的。由於一種流體富含燃料,另一種則富含氧化劑。並且它在密閉空間中。如今,也沒有足夠的空間容納任何緊鄰的物體。

為避免這種情況,使用了一套非常複雜的密封件,並且在中間施加了巨大壓力的惰性氣體(氦氣)。這樣可以使一起繁榮的事物分開。但這不是理想的安排。它重且消耗氦氣,需要高壓儲存。這意味著高壓罐。這意味著更多的重量會導致更多的錯誤,開發和製造成本也會增加。在2閥芯設計中,由低壓閥芯(內軸/外段)驅動。因此,只有低壓級才需要前述的精心密封。如果內部流體洩漏到較低壓力的流體中,那麼它就不是很糟糕,因為您仍處在相同類型的推進劑中,並且不會引起任何額外的燃燒。

這意味著您只需要密封即可低壓階段,這使一切變得更輕鬆(更輕)。

為了簡潔起見,@MeatballPrincess:我顯然已經略過了一些內容。我很高興回答後續問題。
您能否詳細說明一下:“例如,第二軸隔離了由於預燃器而引起的一些壓力上升。對於單軸分級內燃機(即RD-0120),重要的是用於防止洩漏的密封件很重要。軸是複雜/昂貴/消耗氦氣的。這種隔離減小了那些密封件必須工作的壓力梯度,這僅僅是一件好事。”
@MeatballPrincess,提出評論的時間有點長,所以我已經編輯了答案。希望能有所幫助。
雙閥芯意味著在一個泵中有兩個泵送單個推進劑的軸,例如LH2和*沒有*增壓LP泵,而不是2個泵送2種推進劑的泵,這已經是我對原始問題的假設的一部分。在雙閥芯LH2泵中,LH2變為LPC-> HPC->富油PB-> HPT-> LPT->主燃燒室,根本不需要密封,只有受控的洩漏。
@MeatballPrincess RD-0120使用富燃料的分級燃燒循環和單個軸來驅動燃料和氧化劑渦輪泵。沿該軸的洩漏非常重要,非常需要密封。問題是LP渦輪機或壓縮機需要通過機械連接連接到LOx泵。同樣,如果沒有這種優勢,則使用雙閥芯設計的理由就更少了。


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