火箭推进剂输送系统如何工作
输送系统让火箭发动机始终以正确的压力和混合比得到燃料与氧化剂。跟着推进剂从贮箱出发,经过阀门与泵,进入推力室。
输送系统让火箭发动机始终以正确的压力和混合比得到燃料与氧化剂。跟着推进剂从贮箱出发,经过阀门与泵,进入推力室。
推进剂输送系统是贮箱与发动机之间的一切:贮箱本身、给贮箱增压的气体、管路、阀门和泵。它唯一的目的,就是在发动机点火期间,一秒接一秒地把适量的燃料与氧化剂,以正确的压力送进推力室。
输送系统的水平,决定发动机能发挥多少。若流量抖动、混合比偏移或压力下降,发动机就会出问题。把整条链条——贮箱、增压、管路、阀门、泵、燃烧室——画出来,才能看清每个部件如何支撑下一个部件。
燃料与氧化剂分装在两个贮箱里,因为它们一旦混合就会发生反应。常用氦气作为增压气体,从气瓶送入贮箱,让每个贮箱保持一个轻微的正压,也就是所谓的“气枕压力”。
从每个贮箱出发,管路向下通往发动机。气枕压力让液体在贮箱排空的过程中平缓地流进管路,从而让泵始终有稳定的液体可用。
推进剂阀门相当于“水龙头”。打开它们即开始流动、发动机点火;关闭则关停。通过设定阀门开度,系统还能改变进入燃烧室的推进剂流量,从而改变推力。
燃烧室的压力远高于贮箱。涡轮泵从低压管路抽取推进剂,把它加压到燃烧室压力;两台泵相互匹配,使燃料与氧化剂以正确比例到达。
两股推进剂在推力室汇合,被喷注、混合并燃烧。高温燃气从尾部排出,而整套输送系统——从增压气到泵——存在的目的,就是让这个燃烧室得到正确的供料。
一个称为“气枕压力”的轻微正压,能让液体稳定地流进泵,并防止管路里析出气泡。没有它,贮箱排空时泵可能把液柱“拉断”。
挤压式仅靠贮箱压力推动推进剂,结构简单但燃烧室压力受限。泵压式用涡轮泵获得高得多的压力,代价是需要更多机械部件。
燃料和氧化剂的流量与压力要求不同,而且必须以固定比例到达才能干净燃烧。让两台泵与发动机相匹配,才能保持正确的混合比。
可以部分控制。改变阀门开度就改变了进入燃烧室的推进剂流量,从而改变推力。要关停发动机,只需关闭阀门切断流动。
高速流动的液体具有惯性,弯头和接头会承受由此产生的巨大载荷。结实的管路与良好的支撑,让整套系统在这些力下保持稳定。