ЖРД с циклом фазового перехода

«Цикл с фазовым переходом» (ЦФП,

тяги

.

Принцип работы

По мере того, как жидкое топливо проходит в охлаждающих трубках в стенах, оно претерпевает

реактивную тягу для космического аппарата

Некоторые двигатели с циклом фазового перехода могут использовать газогенератор для начала работы турбины двигателя до тех пор, пока поступление тепла из камеры сгорания и оболочки сопла не станет достаточным для поддержания работы двигателя.

Применимость

В силу необходимости фазового перехода топлива, данный тип цикла работы

ЖРД ограничен количеством «паразитного» тепла, выделяемого двигателем во время работы, которое в общем случае ограничивает мощность двигателя, использующего данную схему в неизменном виде. При использовании сопла обычной^{[какой?]} формы, его поверхности недостаточно для прогрева достаточного количества топлива, которое бы могло привести в действие турбины и, как следствие, топливных насосов. Для двигателей с профилированным соплом в виде колокола максимальная тяга, которую может обеспечить цикл фазового перехода, составляет 31 тс (300 кН

). Более высокие уровни тяги могут быть достигнуты, используя данный цикл частично, в котором часть топлива проходит мимо системы фазового преобразования (охлаждения) с турбиной и направляется прямо к камере сгорания.

Бо́льший диапазон использования этой схемы

водород, метан или пропан, для которых могут быть легко достигнуты точка кипения и смена агрегатного состояния на газообразное

.

Безгазогенераторная схема с фазовым переходом и

схема с дожиганием генераторного газа имеют одинаковую эффективность при тяге около 9,1 тс, в случае меньшей тяги по энергомассовым характеристикам предпочтительнее первая схема, а большей — вторая^[1]

.

Продуваемый цикл с фазовым переходом (Открытый цикл)

В

Закрытый цикл

использует генераторный газ — в данном случае топливо — в камере сгорания (см. рисунок).

В этом модифицированном цикле, вместо того, чтобы использовать нагретое «генераторное» горючее в камере сгорания, оно сбрасывается, что позволяет максимизировать мощность топливных насосов, используя в турбине бо́льшую разницу в давлении. При этом используется небольшая часть топлива. Такая схема позволяет увеличить тягу двигателя путём уменьшения его эффективности. Однако в ряде случаев — так, как например в случае с

ЖРД LE-5A/B

— потери в эффективности не так значимы по сравнению с увеличением тяги.

Преимущества

Схема ЖРД с циклом фазового перехода имеет множество преимуществ по сравнению с другими:

Низкая температура. Преимущество в том, что после того как топливо стало газообразным, его температура находится вблизи обычных комнатных температур и наносит очень мало вреда турбине, позволяя повторное использование двигателя. В других схемах, таких как

закрытый цикл

, турбина функционирует при высоких температурах.

Живучесть. Во время разработки двигателя
RL-10B-2 инженеры беспокоились, что отслоение изоляции внутри топливного бака может вызвать повреждение двигателя. Они проверили это, поместив куски изоляции в бак и пропустили через двигатель. Это не вызвало проблем при работе двигателя RL-10 и не вызвало уменьшения тяги. Обычные газовые генераторы
представляют собой миниатюрные ракетные двигатели, что подразумевает их сложное устройство. Даже незначительное блокирование газогенерирующей части посторонним предметом может привести к появлению горячей области, которая может быть причиной взрыва. Использованне данной схемы более терпимо к загрязнениям из-за более широких каналов циркулирования горючего.

Системно-обусловленная безопасность. По причине того, что

ЖРД

с циклом фазового перехода не способны на неисправное функционирование такого рода.

Примерами

Ариан 5 ESC-B

» [3]

Использование

Известные примеры использования схемы

ЖРД

с циклом фазового перехода:

RL-10, Пратт & Витни

ЖРД

с циклом фазового перехода использовались или планируется использовать в:

разгонном блоке «Центавр»;
планируемой одноступенчатой «Мак Доннел Дуглас DC-X» (en) (неопр.). Архивировано 29 марта 2012 года.;
планируется на второй ступени
Ариан 5
»;
Сатурн I
»;
РН «H-IIA».

**Сравнение с аналогами**
	RL-10	Vinci	YF-75D	РД-0146	LE-5A	LE-5B
Страна	США	Франция	Китай	Россия	Япония	Япония
Цикл	С фазовым переходом	С фазовым переходом	С фазовым переходом	С фазовым переходом	С фазовым переходом (в сопле), открытый	С фазовым переходом (в КС), открытый
Тяга в вакууме, кН	66,7	180	88,26	98,1	121,5	137,2
Соотношение компонентов		5.8:1	6:1	6:1	5:1	5:1
Расширение сопла	40		80		130	110
I_sp (вак.)	433	465	442	463	452	447
Давление в КС, МПа	2,35	6,1		7,74	3,98	3,58
Скорость вращения насоса H₂, об/мин.				125'000	51'000	52'000
Скорость вращения насоса O₂, об/мин.					17'000	18'000
Высота, м	1,73	2,2–4,2		2,2	2,69	2,79
Масса, кг	135	280		242	248	285

См. также

Примечания

↑ Губанов Б. И. Глава 42. Разгонные блоки // Триумф и трагедия «Энергии». Размышления главного конструктора. — Нижний Новгород: НИЭР, 1998. — Т. 3: «Энергия» — «Буран». — 432 с. Архивировано 27 октября 2010 года. (рус.)
↑ Pratt & Whitney Космический Двигатель – свод данных по RL-60 (en) (неопр.). Дата обращения: 28 декабря 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.
↑ Ariane 5 > Overview (неопр.). Дата обращения: 28 декабря 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.

Ссылки

Принципиальные схемы ЖРД (en)

[1] Губанов Б. И. Глава 42. Разгонные блоки // Триумф и трагедия «Энергии». Размышления главного конструктора. — Нижний Новгород: НИЭР, 1998. — Т. 3: «Энергия» — «Буран». — 432 с. Архивировано 27 октября 2010 года. (рус.)

[2] Pratt & Whitney Космический Двигатель – свод данных по RL-60 (en) (неопр.). Дата обращения: 28 декабря 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.

[3] Ariane 5 > Overview (неопр.). Дата обращения: 28 декабря 2008. Архивировано 29 марта 2012 года.

[1]

Электродвигатели
Постоянного тока Переменного тока Многофазные Трёхфазные Двухфазные Однофазные Универсальные
Асинхронные	Конденсаторный двигатель
Синхронные	Бесколлекторные (Вентильный двигатель) Коллекторные Вентильные реактивные Шаговые
Другие	Линейные Гистерезисные Униполярные Ультразвуковые Мендосинский мотор