液体燃料火箭的新进展

一个艺术家’综合Powerhead Sexter的渲染。图片信用:美国宇航局。 点击放大.
当您想到未来火箭技术时,您可能会想到离子推进,反物质发动机和其他异国情调的概念。

不是那么快!传统液体燃料火箭队的最后一章尚未写成。研究进入了一代新一代的液体燃料火箭设计,可以在今天进行表现加倍’S设计同时也提高了可靠性。

液体燃料火箭已经存在了很长时间:第一个液体动力发射发射于1926年由罗伯特H.戈达德进行。简单的火箭产生大约20磅的推力,足以将其携带到空气中约40英尺。从那时起,设计变得复杂和强大。航天飞机’例如,S三个液体燃料的车载发动机可以在地球轨道途中发挥超过150万磅的组合推力。

您可能认为,到目前为止,必须已经制造了液体燃料火箭设计中的每一个可想象的改进。你’d是错的。事实证明’S的改进空间。

由美国空军领导,由美国宇航局,国防部和若干行业合作伙伴组成的一组群体正在进行更好的发动机设计。他们的计划被称为集成的高回报火箭推进技术,他们正在看待许多可能的改进。到目前为止最有希望的是燃料流动的新方案:

液体燃料火箭背后的基本思想相当简单。燃料和氧化剂在液体形式中被加入燃烧室并点燃。例如,梭子用液体氢作为其燃料和液氧作为氧化剂。由燃烧产生的热气体通过锥形喷嘴迅速逸出,从而产生推力。

当然,细节要复杂得多。对于一个,液体燃料和氧化剂必须非常快速地送入腔室中。班车’主要发动机只会在25秒内排出一个充满燃料的游泳池!

这种燃料的洪流由涡轮泵驱动。为了为涡轮泵发电,少量燃料是“preburned”因此,产生驱动涡轮泵的热气体,这反过来将燃料的其余部分泵入主燃烧室。类似的方法用于泵送氧化剂。

今天’S液体燃料火箭只通过预燃烧剂发送少量燃料和氧化剂。散装直接流到主燃烧室,完全跳过预燃烧剂。

通过空军和美国航空航天局测试的许多创新之一是通过各自的预燃烧剂发送所有燃料和氧化剂。那里只消耗少量–足以运行涡轮机;其余流过燃烧室。

这“全流动阶段周期”设计具有一个重要的优势:通过越来越多的涡轮机驱动涡轮泵的涡轮机,涡轮泵更难以从此达到更高的压力。压力较高等于火箭的性能等于。

根据美国国家航空航天局的Gary Genge的说法,这种设计从未在美国的液体燃料火箭中使用’S马歇尔太空飞行中心。 Genge是综合Powerhead Sextsator(IPD)的副项目经理–用于这些概念的测试引擎。

“These designs we’重新探索可以以多种方式提高性能,” says Genge. “We’Re希望更好的燃油效率,较高的推力比,更高的可靠性–all at a lower cost.”

“然而,在这个项目的这个阶段,我们’刚刚尝试将这种备用流模式正常工作,” he notes.

他们已经’ve实现了一个关键目标:一个较冷的发动机。“使用传统流动模式的涡轮泵可以加热高达1800℃,” says Genge. That’发动机上的大量热应力。这“full flow”TurboPump是较冷的,因为通过它贯穿较多的块,可以使用较低的温度,仍然达到良好的性能。“We’ve将温度降低了数百百度,” he says.

IPD仅作为新想法的测试平台,Notes Genge。示威者本身永远不会飞到太空。但如果项目成功,一些IPD’改善可以找到进入未来发射车的方式。

戈达德近百年和数千人发射,最佳的液体燃料火箭队可能还尚未到来。

原始来源: 美国宇航局科学文章