เชื้อเพลิงไครโอเจนิกในการบิน อินเดียทดสอบเครื่องยนต์ไครโอเจนิก เครื่องยนต์ไครโอเจนิก

เครื่องยนต์จรวดเหลวคือเครื่องยนต์ที่ใช้ก๊าซเหลวและของเหลวเคมีเป็นเชื้อเพลิง เครื่องยนต์จรวดเหลวแบ่งออกเป็นองค์ประกอบหนึ่ง สอง และสาม ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับจำนวนส่วนประกอบ

ประวัติโดยย่อของการพัฒนา

นับเป็นครั้งแรกที่มีการเสนอการใช้ไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับจรวดโดย K.E. Tsiolkovsky ในปี 1903 ต้นแบบแรกของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถูกสร้างขึ้นโดยชาวอเมริกัน Robert Howard ในปี 1926 ต่อมาก็มีการพัฒนาที่คล้ายกันในสหภาพโซเวียต สหรัฐอเมริกา และเยอรมนี นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันประสบความสำเร็จสูงสุด ได้แก่ Thiel, Walter, von Braun ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 พวกเขาได้สร้างเครื่องยนต์จรวดขึ้นมาเพื่อวัตถุประสงค์ทางการทหาร มีความเห็นว่าหาก Reich สร้าง V-2 ก่อนหน้านี้ พวกเขาคงชนะสงครามไปแล้ว ต่อมา สงครามเย็นและการแข่งขันทางอาวุธกลายเป็นตัวเร่งให้เกิดการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวเพื่อใช้ในโครงการอวกาศ ด้วยความช่วยเหลือของ RD-108 ดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกจึงถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจร

ปัจจุบัน เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถูกนำมาใช้ในโครงการอวกาศและอาวุธปล่อยนำวิถีหนัก

ขอบเขตการใช้งาน

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวถูกใช้เป็นเครื่องยนต์สำหรับยานอวกาศและยานปล่อยจรวดเป็นหลัก ข้อดีหลักของเครื่องยนต์จรวดเหลวคือ:

• แรงกระตุ้นเฉพาะสูงสุดในชั้นเรียน
• ความสามารถในการหยุดเต็มและรีสตาร์ทพร้อมกับระบบควบคุมการยึดเกาะถนนช่วยเพิ่มความคล่องตัว
• น้ำหนักของห้องเชื้อเพลิงลดลงอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็ง

ข้อเสียของเครื่องยนต์จรวดเหลว:

• อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นและต้นทุนสูง
• ข้อกำหนดที่เพิ่มขึ้นสำหรับการขนส่งที่ปลอดภัย
• ในสภาวะไร้น้ำหนักจำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์เพิ่มเติมเพื่อชำระเชื้อเพลิง

อย่างไรก็ตาม ข้อเสียเปรียบหลักของเครื่องยนต์จรวดเหลวคือการจำกัดความสามารถด้านพลังงานของเชื้อเพลิง ซึ่งจำกัดการสำรวจอวกาศด้วยความช่วยเหลือจากระยะห่างระหว่างดาวศุกร์และดาวอังคาร

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

หลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวนั้นเหมือนกัน แต่ทำได้โดยใช้วงจรอุปกรณ์ที่แตกต่างกัน การใช้ปั๊ม เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์จะถูกจ่ายจากถังต่างๆ ไปยังหัวหัวฉีด สูบเข้าไปในห้องเผาไหม้และผสมกัน หลังจากการเผาไหม้ภายใต้ความกดดัน พลังงานภายในของเชื้อเพลิงจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์และไหลออกผ่านหัวฉีด ทำให้เกิดแรงผลักดันของไอพ่น

ระบบเชื้อเพลิงประกอบด้วยถังน้ำมันเชื้อเพลิง ท่อ และปั๊ม พร้อมกังหันสำหรับสูบน้ำมันเชื้อเพลิงจากถังเข้าสู่ท่อและวาล์วควบคุม

การจ่ายเชื้อเพลิงจากการสูบจะสร้างแรงดันสูงในห้องและเป็นผลให้มีการขยายตัวของของไหลทำงานมากขึ้นเนื่องจากได้ค่าสูงสุดของแรงกระตุ้นเฉพาะ

หัวฉีด - บล็อกหัวฉีดสำหรับฉีดส่วนประกอบเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องเผาไหม้ ข้อกำหนดหลักสำหรับหัวฉีดคือการผสมคุณภาพสูงและความเร็วในการจ่ายเชื้อเพลิงเข้าสู่ห้องเผาไหม้

ระบบทำความเย็น

แม้ว่าส่วนแบ่งของการถ่ายเทความร้อนจากโครงสร้างในระหว่างกระบวนการเผาไหม้ไม่มีนัยสำคัญ แต่ปัญหาการระบายความร้อนมีความเกี่ยวข้องเนื่องจากอุณหภูมิการเผาไหม้สูง (>3000 K) และคุกคามการทำลายความร้อนของเครื่องยนต์ การระบายความร้อนที่ผนังห้องมีหลายประเภท:

การทำความเย็นแบบรีเจนเนอเรชั่นจะขึ้นอยู่กับการสร้างช่องในผนังของห้องเพาะเลี้ยง ซึ่งเชื้อเพลิงจะไหลผ่านโดยไม่ใช้ตัวออกซิไดเซอร์ ทำให้ผนังห้องเย็นลง และความร้อนพร้อมกับสารหล่อเย็น (เชื้อเพลิง) จะถูกส่งกลับไปยังห้องเพาะเลี้ยง

ชั้นผนังเป็นชั้นของก๊าซที่สร้างขึ้นจากไอน้ำมันเชื้อเพลิงใกล้กับผนังห้อง ผลกระทบนี้เกิดขึ้นได้โดยการติดตั้งหัวฉีดรอบๆ หัวจ่ายเชื้อเพลิงเท่านั้น ดังนั้นส่วนผสมที่ติดไฟได้จึงขาดตัวออกซิไดเซอร์ และการเผาไหม้ที่ผนังจะไม่รุนแรงเท่ากับบริเวณใจกลางห้อง อุณหภูมิของชั้นผนังจะป้องกันอุณหภูมิสูงที่อยู่ตรงกลางห้องจากผนังห้องเผาไหม้

วิธีการระเหยในการระบายความร้อนของเครื่องยนต์จรวดเหลวนั้นดำเนินการโดยการเคลือบป้องกันความร้อนแบบพิเศษกับผนังของห้องและหัวฉีด ที่อุณหภูมิสูง สารเคลือบจะเปลี่ยนจากสถานะของแข็งไปเป็นสถานะก๊าซ โดยดูดซับความร้อนได้ในสัดส่วนที่สูง วิธีการทำความเย็นเครื่องยนต์จรวดเหลวนี้ใช้ในโครงการ Apollo Lunar

การเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวถือเป็นการดำเนินการที่สำคัญมากในแง่ของอันตรายจากการระเบิดในกรณีที่เกิดความล้มเหลวในการปฏิบัติงาน มีส่วนประกอบที่จุดไฟได้เองซึ่งไม่มีปัญหา แต่เมื่อใช้ตัวเริ่มต้นภายนอกในการจุดระเบิดจำเป็นต้องมีการประสานการจ่ายกับส่วนประกอบเชื้อเพลิงอย่างสมบูรณ์แบบ การสะสมของเชื้อเพลิงที่ไม่เผาไหม้ในห้องมีแรงระเบิดทำลายล้างและสัญญาว่าจะส่งผลร้ายแรง

การปล่อยเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดใหญ่เกิดขึ้นในหลายขั้นตอน ตามมาด้วยการเข้าถึงกำลังสูงสุด ในขณะที่เครื่องยนต์ขนาดเล็กจะเปิดตัวโดยสามารถเข้าถึงพลังงานหนึ่งร้อยเปอร์เซ็นต์ได้ทันที

ระบบควบคุมอัตโนมัติสำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวมีลักษณะเฉพาะคือการสตาร์ทเครื่องยนต์อย่างปลอดภัยและการเข้าสู่โหมดหลัก การควบคุมการทำงานที่เสถียร การปรับแรงขับตามแผนการบิน การปรับวัสดุสิ้นเปลือง และการปิดเครื่องเมื่อถึงจุดที่กำหนด วิถี เนื่องจากปัจจัยที่ไม่สามารถคำนวณได้ เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงมีการจ่ายเชื้อเพลิงที่รับประกัน เพื่อให้จรวดสามารถเข้าสู่วงโคจรที่กำหนดได้ในกรณีที่มีการเบี่ยงเบนในโปรแกรม

ส่วนประกอบของจรวดขับเคลื่อนและการเลือกในระหว่างขั้นตอนการออกแบบมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลว จากนี้จะมีการกำหนดเงื่อนไขของการจัดเก็บการขนส่งและเทคโนโลยีการผลิต ตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดของการรวมกันของส่วนประกอบคือแรงกระตุ้นเฉพาะซึ่งขึ้นอยู่กับการกระจายเปอร์เซ็นต์ของเชื้อเพลิงและมวลสินค้า ขนาดและมวลของจรวดคำนวณโดยใช้สูตร Tsiolkovsky นอกเหนือจากแรงกระตุ้นเฉพาะแล้ว ความหนาแน่นยังส่งผลต่อขนาดของถังที่มีส่วนประกอบเชื้อเพลิง จุดเดือดสามารถจำกัดสภาพการทำงานของจรวด ความก้าวร้าวทางเคมีเป็นลักษณะของตัวออกซิไดเซอร์ทั้งหมด และหากถังไม่ได้ทำงานตามกฎก็สามารถ ทำให้เกิดไฟไหม้ถัง ความเป็นพิษของสารประกอบเชื้อเพลิงบางชนิดอาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงต่อบรรยากาศและสิ่งแวดล้อม ดังนั้นแม้ว่าฟลูออรีนจะเป็นตัวออกซิไดซ์ได้ดีกว่าออกซิเจน แต่ก็ไม่ได้ใช้เนื่องจากความเป็นพิษ

เครื่องยนต์จรวดเหลวส่วนประกอบเดียวใช้ของเหลวเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับตัวเร่งปฏิกิริยา จะสลายตัวเมื่อปล่อยก๊าซร้อนออกมา ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนเดี่ยวคือความเรียบง่ายของการออกแบบ และแม้ว่าแรงกระตุ้นเฉพาะของเครื่องยนต์ดังกล่าวจะมีขนาดเล็ก แต่ก็เหมาะอย่างยิ่งสำหรับเป็นเครื่องยนต์แรงขับต่ำสำหรับการวางแนวและเสถียรภาพของยานอวกาศ เครื่องยนต์เหล่านี้ใช้ระบบจ่ายเชื้อเพลิงแบบแทนที่ และเนื่องจากอุณหภูมิกระบวนการต่ำ จึงไม่จำเป็นต้องมีระบบทำความเย็น เครื่องยนต์แบบส่วนประกอบเดียวยังรวมถึงเครื่องยนต์แก๊สเจ็ท ซึ่งใช้ในสภาวะที่ไม่สามารถยอมรับการปล่อยความร้อนและสารเคมีได้

ในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 สหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตกำลังพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเหลวสามองค์ประกอบซึ่งจะใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนและไฮโดรคาร์บอนเป็นเชื้อเพลิง วิธีนี้จะทำให้เครื่องยนต์ทำงานโดยใช้น้ำมันก๊าดและออกซิเจนเมื่อสตาร์ทเครื่อง และเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนเหลวและออกซิเจนที่ระดับความสูงสูง ตัวอย่างของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวสามองค์ประกอบในรัสเซียคือ RD-701

การควบคุมจรวดถูกใช้ครั้งแรกในจรวด V-2 โดยใช้หางเสือไดนามิกแก๊สกราไฟต์ แต่แรงขับของเครื่องยนต์ลดลง และจรวดสมัยใหม่ใช้กล้องหมุนที่ติดอยู่กับลำตัวพร้อมบานพับ ทำให้เกิดความคล่องตัวในระนาบหนึ่งหรือสองลำ นอกจากกล้องที่หมุนแล้วยังใช้มอเตอร์ควบคุมซึ่งยึดด้วยหัวฉีดในทิศทางตรงกันข้ามและจะเปิดเมื่อจำเป็นต้องควบคุมอุปกรณ์ในอวกาศ

เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวแบบวงจรปิดเป็นเครื่องยนต์ที่ส่วนประกอบหนึ่งถูกทำให้เป็นแก๊สเมื่อเผาที่อุณหภูมิต่ำโดยมีชิ้นส่วนเล็กๆ ของส่วนประกอบอื่นๆ ส่งผลให้ก๊าซทำหน้าที่เป็นของเหลวในการทำงานของกังหัน และจากนั้น จะถูกป้อนเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งจะเผาไหม้พร้อมกับส่วนที่เหลือของส่วนประกอบเชื้อเพลิง และสร้างแรงขับของไอพ่น ข้อเสียเปรียบหลักของโครงการนี้คือความซับซ้อนของการออกแบบ แต่ในขณะเดียวกันแรงกระตุ้นเฉพาะก็เพิ่มขึ้น

โอกาสในการเพิ่มพลังของเครื่องยนต์จรวดเหลว

ในโรงเรียนรัสเซียของผู้สร้างเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวซึ่งเป็นผู้นำของนักวิชาการ Glushko มาเป็นเวลานานพวกเขามุ่งมั่นเพื่อการใช้พลังงานเชื้อเพลิงให้เกิดประโยชน์สูงสุดและด้วยเหตุนี้จึงมีแรงกระตุ้นเฉพาะสูงสุดที่เป็นไปได้ เนื่องจากสามารถรับแรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุดได้โดยการเพิ่มการขยายตัวของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ในหัวฉีดเท่านั้น การพัฒนาทั้งหมดจึงดำเนินการเพื่อค้นหาส่วนผสมเชื้อเพลิงในอุดมคติ

ในอาณาเขตของสถาบันวิจัยการบิน Gromov ใน Zhukovsky ใกล้กรุงมอสโกมีเครื่องบินลำหนึ่งพร้อมจารึกไว้บนเรือ Tu-155 เครื่องจักรที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวนี้เป็นห้องปฏิบัติการบินสำหรับทดสอบระบบและเครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไครโอเจนิก งานในทิศทางนี้ดำเนินการในช่วงปลายยุค 80 Tu-155 กลายเป็นเครื่องบินลำแรกของโลกที่ใช้ไฮโดรเจนเหลวและก๊าซธรรมชาติเหลวเป็นเชื้อเพลิง 27 ปีผ่านไปนับตั้งแต่การบินครั้งแรกของเครื่องจักรที่ไม่ธรรมดานี้ และตอนนี้มันก็ยืนอยู่อย่างเงียบ ๆ ท่ามกลางเครื่องบินที่ปลดประจำการแล้ว หลายครั้งที่พวกเขาต้องการตัดเธอให้เป็นโลหะ แล้วอะไรทำให้เครื่องบินลำนี้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว?
1.

ก่อนที่จะพูดถึงเครื่องบินลำนี้ควรอธิบายว่าเชื้อเพลิงแช่แข็งคืออะไรและแตกต่างจากเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนอย่างไร ไครโอเจนิกส์คือการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของสารต่างๆ ภายใต้อุณหภูมิที่ต่ำมาก นั่นคือเชื้อเพลิงแช่แข็งหมายถึง "เกิดจากความเย็น" เรากำลังพูดถึงไฮโดรเจนเหลว ซึ่งถูกจัดเก็บและขนส่งในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมาก และเกี่ยวกับก๊าซธรรมชาติเหลวซึ่งมีอุณหภูมิต่ำมากเช่นกัน

เมื่อเปรียบเทียบกับน้ำมันก๊าด ไฮโดรเจนเหลวมีข้อดีหลายประการ มีค่าความร้อนเป็นสามเท่า นั่นคือเมื่อการเผาไหม้มวลเท่ากัน ไฮโดรเจนจะปล่อยความร้อนมากขึ้นซึ่งส่งผลโดยตรงต่อลักษณะทางเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้า นอกจากนี้เมื่อใช้แล้ว น้ำและไนโตรเจนออกไซด์จำนวนน้อยมากจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ ทำให้โรงไฟฟ้าไม่เป็นอันตรายต่อบรรยากาศ อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่อันตรายมาก เมื่อผสมกับออกซิเจนจะติดไฟและระเบิดได้อย่างมาก มีความสามารถในการเจาะทะลุได้เป็นพิเศษ และสามารถจัดเก็บและขนส่งได้ในสถานะของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมาก (-253°C) เท่านั้น

คุณลักษณะของไฮโดรเจนเหล่านี้ก่อให้เกิดปัญหาใหญ่ทีเดียว นั่นคือเหตุผลว่าทำไมก๊าซธรรมชาติจึงถือเป็นเชื้อเพลิงสำหรับการบินควบคู่ไปกับไฮโดรเจนเหลว เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนแล้ว จะมีราคาถูกกว่าและเข้าถึงได้ง่ายกว่ามาก สามารถเก็บไว้ในสถานะของเหลวได้ที่อุณหภูมิ -160°C และมีค่าความร้อนสูงกว่าน้ำมันก๊าดถึง 15% เมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าด ราคาถูกกว่าน้ำมันก๊าดหลายเท่า ซึ่งทำให้นำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงการบินได้ในเชิงเศรษฐกิจด้วย อย่างไรก็ตาม ก๊าซธรรมชาติก็เป็นอันตรายจากไฟไหม้ได้เช่นกัน แม้ว่าจะมีขอบเขตน้อยกว่าไฮโดรเจนก็ตาม มันเป็นปัญหาเหล่านี้ที่วิศวกรของสำนักออกแบบตูโปเลฟต้องรับมือเมื่อสร้างเครื่องบินทดลอง Tu-155
2.

นักออกแบบการบินได้พบกับเทคโนโลยีไครโอเจนิกเป็นครั้งแรก ดังนั้นการออกแบบจึงไม่เพียงเกิดขึ้นในห้องออกแบบที่เงียบสงบเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการวิจัยด้วย ผู้ออกแบบทีละขั้นตอนได้แนะนำโซลูชันและเทคโนโลยีการออกแบบใหม่ที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการสร้างระบบเครื่องบินที่เป็นพื้นฐานใหม่ โรงไฟฟ้าแช่แข็ง และระบบที่ช่วยให้สามารถทำงานได้อย่างปลอดภัย
3.

ห้องปฏิบัติการการบินถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของอนุกรม Tu-154 ซึ่งได้รับการดัดแปลงเป็นมาตรฐาน Tu-154B หมายเลขบอร์ด USSR-85035 Vladimir Aleksandrovich Andreev ได้รับแต่งตั้งให้เป็นหัวหน้าผู้ออกแบบ Tu-155 เครื่องบินลำนี้มีความแตกต่างพื้นฐานหลายประการจากเวอร์ชันพื้นฐาน ถังเชื้อเพลิงแบบแช่แข็งที่มีปริมาตร 17.5 ม. 3 พร้อมด้วยระบบจ่ายเชื้อเพลิงและระบบบำรุงรักษาแรงดันประกอบด้วยเชื้อเพลิงเชิงทดลองซึ่งตั้งอยู่ในห้องลำตัวด้านหลังซึ่งแยกออกจากห้องอื่นของเครื่องบินด้วยเขตกันชน ถัง ท่อ และหน่วยของคอมเพล็กซ์เชื้อเพลิงมีฉนวนกรองสุญญากาศเพื่อให้มั่นใจว่าความร้อนไหลเข้าตามที่กำหนด โซนกันชนช่วยปกป้องลูกเรือและห้องสำคัญของเครื่องบินในกรณีที่เกิดการรั่วไหลในระบบไฮโดรเจน
4.

เครื่องบินดังกล่าวติดตั้งเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ททดลอง NK-88 ซึ่งสร้างขึ้นใน Samara ในสำนักออกแบบเครื่องยนต์ภายใต้การนำของนักวิชาการ Nikolai Dmitrievich Kuznetsov บนพื้นฐานของเครื่องยนต์อนุกรมสำหรับ Tu-154 NK-8-2 มีการติดตั้งแทนเครื่องยนต์มาตรฐานที่ถูกต้อง และใช้ไฮโดรเจนหรือก๊าซธรรมชาติในการทำงาน อีกสองเครื่องยนต์เป็นของเดิมและใช้น้ำมันก๊าด ตอนนี้พวกเขาถูกลบออกแล้ว แต่ NK-88 ยังคงอยู่ที่เดิม
5.

6.

7.

ในการควบคุมและตรวจสอบคอมเพล็กซ์ไครโอเจนิกบนเครื่องบิน มีหลายระบบ:

ระบบฮีเลียมที่ควบคุมหน่วยโรงไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องยนต์ใช้ไฮโดรเจน จึงไม่สามารถเชื่อมต่อกับระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าได้ นี่คือเหตุผลว่าทำไมระบบควบคุมจึงถูกแทนที่ด้วยฮีเลียม

ระบบไนโตรเจนที่เข้ามาแทนที่อากาศในช่องต่างๆ ที่อาจเกิดการรั่วไหลของเชื้อเพลิงจากการแช่แข็งได้

ระบบตรวจสอบก๊าซที่ตรวจสอบสภาพแวดล้อมของก๊าซในห้องเก็บเครื่องบินและเตือนลูกเรือในกรณีที่มีการรั่วไหลของไฮโดรเจนก่อนที่ความเข้มข้นของการระเบิดจะเกิดขึ้น

ระบบควบคุมสุญญากาศในช่องฉนวนความร้อน

ในห้องเก็บสัมภาระของลำตัวด้านหน้าจะมีกระบอกสูบทรงกลมที่มีไนโตรเจน ยังติดตั้งอยู่ในห้องโดยสารของเครื่องบินเหนือหน้าต่างอีกด้วย มีการติดตั้งถังฮีเลียมบนพื้นแทนที่นั่งผู้โดยสาร พร้อมชั้นวางพร้อมอุปกรณ์ควบคุม วัด และบันทึก

โดยรวมแล้ว มีการสร้างและใช้งานระบบเครื่องบินใหม่มากกว่า 30 ระบบ ในบรรดาเทคโนโลยีใหม่ ๆ สถานที่สำคัญในกระบวนการทางเทคโนโลยีที่ช่วยให้มั่นใจในการทำความสะอาดโพรงภายในของท่อและหน่วยต่างๆ เนื่องจากฉนวนประสิทธิภาพสูงและการซีลสูญญากาศ ความสะอาดจึงเป็นกุญแจสำคัญสู่ความปลอดภัยในการบินในอนาคต

ห้องนักบินได้รับการเปลี่ยนแปลง พาร์ติชันถูกย้ายลึกลงไปในห้องโดยสาร และติดตั้งเวิร์กสเตชันสำหรับวิศวกรการบินคนที่สองซึ่งรับผิดชอบการทำงานของเครื่องยนต์ทดลอง และวิศวกรทดสอบซึ่งควบคุมการทำงานของระบบทดลองออนบอร์ดได้รับการติดตั้งในห้องนักบิน . มีการติดตั้งประตูหนีภัยฉุกเฉินไว้ที่พื้นห้องโดยสาร

ศูนย์แช่แข็งเพื่อการบินถูกสร้างขึ้นเพื่อให้บริการเครื่องบินและดำเนินการทดสอบ ประกอบด้วยระบบเติมเชื้อเพลิงไฮโดรเจนเหลว (หรือก๊าซธรรมชาติเหลว) ระบบจ่ายไฟแบบนิวแมติก ระบบจ่ายไฟ การตรวจสอบโทรทัศน์ การวิเคราะห์ก๊าซ ละอองน้ำในกรณีเกิดเพลิงไหม้ และการควบคุมคุณภาพเชื้อเพลิงแบบแช่แข็ง

ในขั้นตอนการทดสอบภาคพื้นดิน มีการตรวจสอบการทำงานของระบบทดลองทั้งหมด รวมถึงการทำงานของเครื่องยนต์ NK-88 กับไฮโดรเจนเหลว โหมดการเติมเชื้อเพลิง, การบริการระบบสุญญากาศ, โหมดการทำงานของระบบเชื้อเพลิงและระบบบำรุงรักษาแรงดันร่วมกับเครื่องยนต์ที่ทำงานอยู่ ในเวลาเดียวกัน เครื่องบินก็เตรียมพร้อมสำหรับการบิน และระบบบนเครื่องบินเต็มไปด้วยฮีเลียมและไนโตรเจน

ภาพถ่ายแสดงท่อยาวที่ทอดยาวจากใต้ลำตัวไปจนถึงหัวฉีดตรงกลางของเครื่องยนต์ นี่คือระบบระบายฉุกเฉินสำหรับไฮโดรเจนเหลว (ก๊าซธรรมชาติ) ทำให้สามารถระบายเชื้อเพลิงแช่แข็งไปที่ปลายหัวฉีดของเครื่องยนต์มาตรฐานทั่วไปได้ หากจำเป็น ในระหว่างการทดสอบภาคพื้นดิน สถานการณ์ต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับอันตรายจากการระเบิดและไฟได้ถูกนำมาใช้

9.

10.

11.

ในกระบวนการเตรียมการบินทันที เรือบรรทุกไฮโดรเจนเหลวถูกส่งมา พวกมันเชื่อมต่อกับเครื่องบินผ่านท่อไครโอเจนิคแบบอยู่กับที่พร้อมวาล์วปิดและเชื่อมต่อ ซึ่งทำให้เกิดเพลิงไหม้ที่จำเป็นระหว่างเครื่องบิน เรือบรรทุกน้ำมัน และสถานที่ที่ก๊าซไฮโดรเจนถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ หลังจากที่เรือบรรทุกจอดเทียบท่าแล้ว คุณภาพของไฮโดรเจนเหลวจะถูกตรวจสอบโดยใช้เครื่องเก็บตัวอย่างพิเศษและแก๊สโครมาโตกราฟี นอกเหนือจากการปฏิบัติการตามปกติในการเตรียมเครื่องบินสำหรับการบินแล้ว ยังมีการเตรียมเครื่องยนต์ทดลอง ระบบเครื่องบินทดลอง และภาคพื้นดินที่ซับซ้อน ให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอุปกรณ์ความปลอดภัยจากการระเบิดและจากอัคคีภัย ระบบควบคุมแก๊ส การควบคุมไนโตรเจน การควบคุมสุญญากาศในช่องฉนวน ระบบดับเพลิง การระบายอากาศของห้องเชื้อเพลิง และห้องผู้โดยสารของเครื่องยนต์ ในระหว่างการทดสอบ มีการทดสอบวิธีการต่างๆ ในการป้องกันการเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเจนในห้องต่างๆ ทั้งโดยใช้สภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง (ไนโตรเจน) และการระบายอากาศด้วยอากาศจากระบบปรับอากาศในรถ

เนื่องจากมีความเสี่ยงสูงที่จะเกิดการระเบิด อุปกรณ์ไฟฟ้าเกือบทั้งหมดจึงต้องถอดออกจากช่องที่มีถังน้ำมันเชื้อเพลิง สิ่งนี้ช่วยลดความเป็นไปได้ที่จะเกิดประกายไฟน้อยที่สุด และทั้งห้องก็ถูกกำจัดด้วยไนโตรเจนหรืออากาศอย่างต่อเนื่อง นอกจากนี้ ไอไฮโดรเจนจากถังจะต้องถูกเบี่ยงเบนออกไปจากเครื่องยนต์เพื่อหลีกเลี่ยงการจุดระเบิด เพื่อจุดประสงค์นี้จึงมีการสร้างระบบระบายน้ำ องค์ประกอบประการหนึ่งคือองค์ประกอบแรกที่ดึงดูดสายตาคุณไปที่ครีบของเครื่องบิน นี่คือแฟริ่งท่อไอเสีย
12.

13.

เครื่องบินดังกล่าวได้รับการเตรียมพร้อมสำหรับการบินครั้งแรกที่ฐานทดสอบและพัฒนาการบิน Zhukovsk ของ Tupolev (ZhLIiDB) Tu-155 ถูกลากไปที่จุดปล่อยเครื่องยนต์ “ฉัน 035 กำลังขอเครื่องขึ้น” “035 การบินขึ้นเสร็จสิ้นแล้ว” เมื่อวันที่ 15 เมษายน พ.ศ. 2531 เวลา 17:10 น. เครื่องบิน Tu-155 พร้อมเครื่องยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจนเหลวได้ขึ้นบินเป็นครั้งแรกจากสนามบินใกล้กรุงมอสโก ขับโดยลูกเรือประกอบด้วย: นักบินคนแรก - นักบินทดสอบผู้มีเกียรติของสหภาพโซเวียต Vladimir Andreevich Sevankaev นักบินคนที่สอง - นักบินทดสอบผู้มีเกียรติของสหภาพโซเวียต Andrey Ivanovich Talalakin วิศวกรการบิน - Anatoly Aleksandrovich Kriulin วิศวกรการบินคนที่สอง - Yuri Mikhailovich Kremlev วิศวกรทดสอบชั้นนำ - Valery Vladimirovich Arkhipov

เที่ยวบินผ่านไปด้วยดี การใช้งานได้รับการตรวจสอบโดยบริการภาคพื้นดินทั้งหมดและเครื่องบินคุ้มกัน Tu-134 ระบบที่ได้รับการทดสอบและทดสอบภาคพื้นดินได้รับการทดสอบในอากาศเป็นครั้งแรก การบินใช้เวลาเพียง 21 นาทีในวงกลมเล็ก ๆ ที่ระดับความสูงต่างกันไม่เกิน 600 เมตร สิ้นสุดเร็วกว่าที่วางแผนไว้เล็กน้อย ซึ่งวิศวกรทดสอบ Valery Arkhipov มีเหตุผลที่น่าสนใจ: ในห้องไนโตรเจน เซ็นเซอร์ตรวจจับการมีอยู่ของไนโตรเจน ซึ่งควรจะปรากฏขึ้นโดยอัตโนมัติในระหว่างการรั่วไหลของไฮโดรเจน แต่ขอบคุณพระเจ้า เหตุผลแตกต่างออกไป ไนโตรเจนไหลผ่านวาล์วกระบอกสูบ ซึ่งทำให้แรงดันลดลงเมื่อเครื่องบินหมุนไปทั้งสองด้านของแกน สิ่งนี้ชัดเจนบนโลกเท่านั้น

มีเพียงขั้นตอนแรกเท่านั้นที่นำไปสู่การแก้ปัญหาที่ซับซ้อนของการนำไฮโดรเจนเหลวมาเป็นเชื้อเพลิงการบิน ในระหว่างการทดสอบการบิน มีการบินเพื่อตรวจสอบการทำงานของโรงไฟฟ้าและระบบเครื่องบินในโหมดการบินต่างๆ และระหว่างวิวัฒนาการของเครื่องบิน มีการเปิดตัวเครื่องยนต์ทดลอง และการทำงานของระบบความปลอดภัยจากการระเบิดและอัคคีภัยได้รับการทดสอบในโหมดการสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและการระบายอากาศ ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2531 โปรแกรมการทดสอบการบินด้วยไฮโดรเจนเหลวเสร็จสมบูรณ์ หลังจากนั้น Tu-155 ได้รับการแก้ไขสำหรับเที่ยวบินที่ใช้ก๊าซธรรมชาติเหลว เที่ยวบินแรกที่ใช้เชื้อเพลิงนี้เกิดขึ้นเมื่อวันที่ 18 มกราคม พ.ศ. 2532 เครื่องบินดังกล่าวได้รับการทดสอบโดยลูกเรือประกอบด้วย: ผู้บัญชาการเรือ - นักบินทดสอบอันทรงเกียรติของสหภาพโซเวียต Vladimir Andreevich Sevankaev, นักบินร่วม - Valery Viktorovich Pavlov, วิศวกรการบิน - Anatoly Aleksandrovich Kriulin, วิศวกรการบินคนที่สอง - Yuri Mikhailovich Kremlev, วิศวกรทดสอบชั้นนำ - วาเลรี วลาดิมีโรวิช อาร์คิปอฟ.

ดังที่นักออกแบบทั่วไป Alexey Andreevich Tupolev กล่าวว่า “วันนี้ เป็นครั้งแรกในโลกที่เครื่องบินลำหนึ่งขึ้นบินโดยใช้ก๊าซธรรมชาติเหลวเป็นเชื้อเพลิง และเราหวังว่าการบินครั้งแรกของเครื่องบินลำนี้จะเปิดโอกาสให้เรารวบรวมข้อมูลทางวิทยาศาสตร์และการทดลองทั้งหมด และสร้างเครื่องบินที่ผู้โดยสารจะสามารถบินได้ในอนาคตอันใกล้นี้”

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลดลงเกือบ 15% เมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าด นอกจากนี้พวกเขายังยืนยันความเป็นไปได้ในการใช้งานเครื่องบินอย่างปลอดภัยโดยใช้เชื้อเพลิงแช่แข็ง ในระหว่างการทดสอบ Tu-155 อย่างครอบคลุม มีการสร้างสถิติโลก 14 ครั้งและมีเที่ยวบินระหว่างประเทศหลายเที่ยวบินจากมอสโกไปยังบราติสลาวา (เชโกสโลวะเกีย) นีซ (ฝรั่งเศส) และฮันโนเวอร์ (เยอรมนี) ระยะเวลาการดำเนินงานรวมของโรงไฟฟ้าทดลองเกิน 145 ชั่วโมง

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 ผู้จัดการหลักของคลังก๊าซรัสเซีย Gazprom ได้ริเริ่มสร้างเครื่องบินขนส่งสินค้าและผู้โดยสารเป็นอันดับแรก จากนั้นจึงเป็นเพียงเครื่องบินโดยสารซึ่งสามารถใช้งานโดยใช้ก๊าซธรรมชาติเหลวทั้งหมดได้ เครื่องบินลำนี้มีชื่อว่า Tu-156 และถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของ Tu-155 ที่มีอยู่ โดยจะติดตั้งเครื่องยนต์ NK-89 ใหม่ 3 เครื่อง ซึ่งคล้ายกับ NK-88 แต่มีระบบเชื้อเพลิงอิสระ 2 ระบบ ระบบหนึ่งสำหรับน้ำมันก๊าด และอีกระบบสำหรับเชื้อเพลิงแช่แข็ง มีการวิจัยและคำนวณอย่างกว้างขวางเกี่ยวกับการจัดเรียงช่องและตำแหน่งของถังเชื้อเพลิงใหม่

ภายในปี พ.ศ. 2543 มีการผลิต Tu-156 จำนวน 3 ลำที่โรงงานการบิน Samara และเริ่มการรับรองและการทดลองใช้งาน น่าเสียดายที่สิ่งนี้ไม่ได้ทำ และอุปสรรคในการดำเนินการตามแผนนั้นเป็นเรื่องทางการเงินเท่านั้น

เราอาจพูดได้ว่า Tu-155 นั้นล้ำหน้าไปมาก เป็นระบบแรกที่ใช้ระบบที่มนุษยชาติจะกลับมาใช้ และ Tu-155 ก็สมควรที่จะอยู่ในพิพิธภัณฑ์ ไม่ใช่ในบรรดาเครื่องบินที่เลิกใช้งานแล้วที่ถูกลืม

ที่งานการบินและอวกาศนานาชาติ MAKS-2015 บริษัท วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ "NIK" และ Bมูลนิธิการกุศล "Legends of Aviation" โดยได้รับการสนับสนุนจากฝ่ายบริหารของเมือง Zhukovsky และ JSC "Aviasalon" ได้นำเสนอเครื่องบินที่มีเอกลักษณ์เฉพาะนี้ต่อสาธารณชนเป็นครั้งแรก

ข้อความดูเหมือนจะเป็นส่วนใหญ่

และการแข่งขันระหว่างสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาเพื่อเป็นผู้นำในการสำรวจอวกาศเป็นเครื่องกระตุ้นที่ทรงพลังสำหรับการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลว

ในปี 1957 ในสหภาพโซเวียตภายใต้การนำของ S.P. Korolev R-7 ICBM ถูกสร้างขึ้นพร้อมกับเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลว RD-107 และ RD-108 ซึ่งในเวลานั้นทรงพลังและก้าวหน้าที่สุดในโลกได้รับการพัฒนาภายใต้ ความเป็นผู้นำของ V.P. Glushko จรวดนี้ถูกใช้เป็นพาหะของดาวเทียมโลกเทียมดวงแรกของโลก ยานอวกาศที่มีคนขับลำแรก และยานสำรวจระหว่างดาวเคราะห์

ในปี พ.ศ. 2512 ยานอวกาศซีรีส์อพอลโลลำแรกได้เปิดตัวในสหรัฐอเมริกา โดยยานปล่อยดาวเสาร์ 5 วางไว้บนเส้นทางบินสู่ดวงจันทร์ โดยในระยะแรกติดตั้งเครื่องยนต์ F-1 จำนวน 5 เครื่อง ปัจจุบัน เอฟ-1 มีกำลังมากที่สุดในบรรดาเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวแบบห้องเดียว โดยมีกำลังขับน้อยกว่าเครื่องยนต์สี่ห้อง RD-170 ซึ่งพัฒนาโดยสำนักออกแบบเอเนอร์โกมาชในสหภาพโซเวียตเมื่อปี 2519

ปัจจุบันโครงการอวกาศของทุกประเทศมีพื้นฐานมาจากการใช้เครื่องยนต์จรวดเหลว

ขอบเขตการใช้งาน ข้อดีและข้อเสีย

Katorgin, Boris Ivanovich นักวิชาการของ Russian Academy of Sciences อดีตหัวหน้า NPO Energomash

การออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดสององค์ประกอบ

ข้าว. 1 โครงร่างของเครื่องยนต์จรวดสององค์ประกอบ
1 - สายออกซิไดเซอร์
2 - ท่อน้ำมันเชื้อเพลิง
3 - ปั๊มออกซิไดเซอร์
4 - ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง
5 - กังหัน
6 - เครื่องกำเนิดแก๊ส
7 - วาล์วกำเนิดก๊าซ (ออกซิไดเซอร์)
8 - วาล์วกำเนิดก๊าซ (เชื้อเพลิง)
9 - วาล์วออกซิไดเซอร์หลัก
10 - วาล์วเชื้อเพลิงหลัก
11 - ไอเสียกังหัน
12 - หัวผสม
13 - ห้องเผาไหม้
14 - หัวฉีด

มีแผนการออกแบบเครื่องยนต์จรวดเหลวค่อนข้างหลากหลายโดยมีหลักการทำงานหลักเหมือนกัน ให้เราพิจารณาการออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวโดยใช้ตัวอย่างของเครื่องยนต์สององค์ประกอบที่มีการจ่ายเชื้อเพลิงแบบสูบซึ่งโดยทั่วไปแล้วการออกแบบที่กลายเป็นคลาสสิก เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวประเภทอื่น ๆ (ยกเว้นองค์ประกอบสามองค์ประกอบ) เป็นรุ่นที่เรียบง่ายของเครื่องยนต์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณาและเมื่ออธิบายก็จะเพียงพอที่จะระบุถึงการทำให้เข้าใจง่าย

ในรูป รูปที่ 1 แสดงอุปกรณ์เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวตามแผนผัง

ระบบเชื้อเพลิง

ระบบเชื้อเพลิงของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวประกอบด้วยองค์ประกอบทั้งหมดที่ใช้ในการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับห้องเผาไหม้ - ถังเชื้อเพลิง, ท่อส่ง, หน่วยเทอร์โบปั๊ม(TNA) - หน่วยที่ประกอบด้วยปั๊มและกังหันที่ติดตั้งบนเพลาเดี่ยว หัวหัวฉีด และวาล์วที่ควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง

ปั๊มฟีดเชื้อเพลิงช่วยให้คุณสร้างแรงดันสูงในห้องเครื่องยนต์ได้ตั้งแต่บรรยากาศหลายสิบถึง 250 atm (LPRE 11D520 RN "Zenit") แรงดันสูงทำให้มีการขยายตัวของของไหลทำงานได้มากขึ้น ซึ่งเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นในการบรรลุแรงกระตุ้นจำเพาะสูง นอกจากนี้เมื่อมีแรงดันสูงในห้องเผาไหม้ทำให้ได้ค่าที่ดีขึ้น อัตราส่วนแรงขับต่อน้ำหนักเครื่องยนต์ - อัตราส่วนของปริมาณแรงขับต่อน้ำหนักของเครื่องยนต์ ยิ่งค่าของตัวบ่งชี้นี้สูงขึ้น ขนาดและน้ำหนักของเครื่องยนต์ก็จะยิ่งน้อยลง (ด้วยปริมาณแรงขับที่เท่ากัน) และระดับความสมบูรณ์แบบก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ข้อดีของระบบปั๊มจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษในเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่มีแรงขับสูง - ตัวอย่างเช่น ในระบบขับเคลื่อนของยานปล่อย

ในรูปที่ 1 ก๊าซไอเสียจากกังหัน TNA จะไหลผ่านหัวหัวฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้พร้อมกับส่วนประกอบเชื้อเพลิง (11) เครื่องยนต์ดังกล่าวเรียกว่าเครื่องยนต์ด้วย วงปิด(มิฉะนั้น - ด้วยวงจรปิด) ซึ่งเชื้อเพลิงทั้งหมดไหลผ่านรวมถึงที่ใช้ในไดรฟ์ TPU ผ่านห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลว ความดันที่ทางออกของกังหันในเครื่องยนต์ดังกล่าวควรสูงกว่าในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวอย่างเห็นได้ชัด และที่ทางเข้าของเครื่องกำเนิดก๊าซ (6) ที่ป้อนให้กับกังหันก็ควรจะสูงกว่านี้ด้วยซ้ำ เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงเดียวกัน (ภายใต้แรงดันสูง) ที่เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวทำงานนั้นจะถูกใช้เพื่อขับเคลื่อนกังหัน (โดยมีอัตราส่วนของส่วนประกอบที่แตกต่างกัน โดยปกติแล้วจะมีเชื้อเพลิงส่วนเกินเพื่อลดภาระความร้อนบนกังหัน)

อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับวงปิดคือ วงเปิดซึ่งไอเสียจากกังหันจะถูกผลิตออกสู่สิ่งแวดล้อมโดยตรงผ่านทางท่อระบาย ในทางเทคนิคแล้ว การใช้งานวงจรเปิดนั้นง่ายกว่า เนื่องจากการทำงานของกังหันไม่ได้เชื่อมโยงกับการทำงานของห้องเครื่องยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลว และในกรณีนี้ TPU สามารถมีระบบเชื้อเพลิงอิสระของตัวเองได้ ซึ่งทำให้ขั้นตอนสำหรับ สตาร์ทระบบขับเคลื่อนทั้งหมด แต่ระบบวงจรปิดมีค่าแรงกระตุ้นจำเพาะที่ดีกว่าเล็กน้อย และสิ่งนี้บังคับให้นักออกแบบเอาชนะปัญหาทางเทคนิคในการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเครื่องยนต์ที่มีการปล่อยตัวขนาดใหญ่ ซึ่งมีข้อกำหนดสูงเป็นพิเศษสำหรับตัวบ่งชี้นี้

ในแผนภาพในรูป 1 ปั๊มหนึ่งปั๊มจะปั๊มทั้งสองส่วนประกอบ ซึ่งเป็นที่ยอมรับในกรณีที่ส่วนประกอบมีความหนาแน่นเท่ากัน สำหรับของเหลวส่วนใหญ่ที่ใช้เป็นส่วนประกอบจรวด ความหนาแน่นจะแตกต่างกันไปในช่วง 1 ± 0.5 g/cm³ ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เทอร์โบไดรฟ์หนึ่งตัวสำหรับปั๊มทั้งสองตัวได้ ข้อยกเว้นคือไฮโดรเจนเหลว ซึ่งที่อุณหภูมิ 20°K มีความหนาแน่น 0.071 g/cm³ ของเหลวชนิดเบาดังกล่าวต้องใช้ปั๊มที่มีคุณสมบัติแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง รวมถึงความเร็วในการหมุนที่สูงกว่ามาก ดังนั้นในกรณีของการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง แต่ละส่วนประกอบจะมีปั๊มเชื้อเพลิงแยกกัน

ด้วยแรงขับของเครื่องยนต์ต่ำ (และดังนั้นการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงต่ำ) หน่วยเทอร์โบปั๊มจึงกลายเป็นองค์ประกอบที่ "หนัก" เกินไป ส่งผลให้ลักษณะน้ำหนักของระบบขับเคลื่อนแย่ลง อีกทางเลือกหนึ่งสำหรับระบบเชื้อเพลิงแบบปั๊มคือ ปราบปรามซึ่งการจ่ายเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้นั้นมั่นใจได้ด้วยแรงดันเพิ่มในถังเชื้อเพลิงที่สร้างขึ้นโดยก๊าซอัด ซึ่งส่วนใหญ่มักเป็นไนโตรเจน ซึ่งไม่ติดไฟ ปลอดสารพิษ ไม่ออกซิไดซ์ และผลิตได้ค่อนข้างถูก ฮีเลียมถูกใช้เพื่อสร้างแรงดันให้กับถังด้วยไฮโดรเจนเหลว เนื่องจากก๊าซอื่นๆ จะควบแน่นที่อุณหภูมิของไฮโดรเจนเหลวและกลายเป็นของเหลว

เมื่อพิจารณาการทำงานของเครื่องยนต์ที่มีระบบจ่ายเชื้อเพลิงแบบดิสเพลสเมนต์จากแผนภาพในรูปที่ 1 ตามมาตรา 1 ไม่รวม TNA และส่วนประกอบเชื้อเพลิงจะถูกจ่ายจากถังโดยตรงไปยังวาล์วหลักของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลว (9) และ (10) ความดันในถังน้ำมันเชื้อเพลิงระหว่างการเคลื่อนที่เชิงบวกจะต้องสูงกว่าในห้องเผาไหม้ และถังจะต้องมีความแข็งแกร่ง (และหนักกว่า) ในกรณีของระบบเชื้อเพลิงแบบปั๊ม ในทางปฏิบัติ ความดันในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ที่มีการจ่ายเชื้อเพลิงแทนที่จะถูกจำกัดไว้ที่ 10 - 15 ใน โดยทั่วไปแล้วเครื่องยนต์ดังกล่าวจะมีแรงขับค่อนข้างต่ำ (ภายใน 10 ตัน) ข้อดีของระบบดิสเพลสเมนต์คือความเรียบง่ายของการออกแบบและความเร็วของการตอบสนองของเครื่องยนต์ต่อคำสั่งสตาร์ท โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของการใช้ส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่จุดไฟได้เอง เครื่องยนต์ดังกล่าวใช้ในการซ้อมรบยานอวกาศในอวกาศ ระบบการกระจัดถูกใช้ในระบบขับเคลื่อนทั้งสามระบบของยานอวกาศบนดวงจันทร์อพอลโล - ขณะให้บริการ (แรงขับ 9,760 กิโลกรัม) การลงจอด (แรงขับ 4,760 กิโลกรัม) และการบินขึ้น (แรงขับ 1,950 กิโลกรัม)

หัวหัวฉีด- หน่วยที่ติดตั้ง หัวฉีดออกแบบมาเพื่อฉีดส่วนประกอบเชื้อเพลิงเข้าห้องเผาไหม้ ข้อกำหนดหลักสำหรับหัวฉีดคือการผสมส่วนประกอบต่างๆ อย่างรวดเร็วและทั่วถึงที่สุดเมื่อเข้าไปในห้องเพาะเลี้ยง เนื่องจากอัตราการจุดระเบิดและการเผาไหม้ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้
ผ่านหัวฉีดของเครื่องยนต์ F-1 เช่นออกซิเจนเหลว 1.8 ตันและน้ำมันก๊าด 0.9 ตันเข้าสู่ห้องเผาไหม้ทุก ๆ วินาที และเวลาคงอยู่ของแต่ละส่วนของเชื้อเพลิงนี้และผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ในห้องจะคำนวณเป็นมิลลิวินาที ในช่วงเวลานี้ เชื้อเพลิงควรเผาไหม้ให้สมบูรณ์ที่สุดเท่าที่จะทำได้ เนื่องจากเชื้อเพลิงที่ไม่ถูกเผาไหม้หมายถึงการสูญเสียแรงขับและแรงกระตุ้นจำเพาะ การแก้ปัญหานี้ทำได้โดยใช้มาตรการหลายประการ:

• เพิ่มจำนวนหัวฉีดในส่วนหัวได้สูงสุด โดยลดอัตราการไหลผ่านหัวฉีดเดียวให้เหลือน้อยที่สุดตามสัดส่วน (หัวหัวฉีดเครื่องยนต์ประกอบด้วยหัวฉีดออกซิเจน 2,600 หัว และหัวฉีดน้ำมันก๊าด 3,700 หัว)
• รูปทรงพิเศษของหัวฉีดในส่วนหัวและลำดับของการสลับเชื้อเพลิงและหัวฉีดออกซิไดเซอร์
• รูปร่างพิเศษของช่องหัวฉีดเนื่องจากมีการหมุนเมื่อของเหลวเคลื่อนที่ผ่านช่องและเมื่อเข้าไปในห้องของเหลวจะกระจัดกระจายไปด้านข้างด้วยแรงเหวี่ยง

ระบบทำความเย็น

เนื่องจากความรวดเร็วของกระบวนการที่เกิดขึ้นในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว จึงมีเพียงส่วนที่ไม่มีนัยสำคัญ (เศษของเปอร์เซ็นต์) ของความร้อนทั้งหมดที่เกิดขึ้นในห้องเท่านั้นที่ถูกถ่ายโอนไปยังโครงสร้างของเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก อุณหภูมิการเผาไหม้สูง (บางครั้งสูงกว่า 3000°K) และความร้อนที่เกิดขึ้นในปริมาณมาก แม้แต่ส่วนเล็กๆ ก็เพียงพอสำหรับการทำลายความร้อนของเครื่องยนต์ ดังนั้นปัญหาในการระบายความร้อนของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงมีความเกี่ยวข้องมาก

สำหรับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่มีการจ่ายเชื้อเพลิงแบบสูบ ส่วนใหญ่จะใช้วิธีการระบายความร้อนผนังของห้องเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสองวิธี: การทำความเย็นแบบสร้างใหม่และ ชั้นผนังซึ่งมักจะใช้ร่วมกัน มักใช้สำหรับเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีระบบเชื้อเพลิงแบบ Positive Displacement ระเหยวิธีการทำความเย็น

การทำความเย็นแบบปฏิรูปประกอบด้วยความจริงที่ว่าในผนังของห้องเผาไหม้และส่วนบนที่ร้อนที่สุดของหัวฉีดนั้นมีช่องถูกสร้างขึ้นไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง (บางครั้งเรียกว่า "เสื้อทำความเย็น") ซึ่งส่วนประกอบเชื้อเพลิงตัวใดตัวหนึ่ง ( โดยปกติจะเป็นเชื้อเพลิง) ผ่านก่อนเข้าสู่หัวผสม จึงทำให้ผนังห้องเย็นลง ความร้อนที่ส่วนประกอบทำความเย็นดูดซับจะถูกส่งกลับไปยังห้องพร้อมกับสารหล่อเย็นซึ่งพิสูจน์ชื่อของระบบ - "การสร้างใหม่"

มีการพัฒนาวิธีการทางเทคโนโลยีต่างๆ เพื่อสร้างเสื้อทำความเย็น ตัวอย่างเช่นห้องเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวของจรวด V-2 ประกอบด้วยเปลือกเหล็กสองอันทั้งภายในและภายนอกซึ่งมีรูปร่างซ้ำกัน ส่วนประกอบทำความเย็น (เอธานอล) ผ่านช่องว่างระหว่างเปลือกเหล่านี้ เนื่องจากการเบี่ยงเบนทางเทคโนโลยีในความหนาของช่องว่างการไหลของของไหลไม่สม่ำเสมอจึงเกิดขึ้นส่งผลให้เกิดการสร้างโซนความร้อนสูงเกินไปของเปลือกด้านในซึ่งมักจะ "เผาไหม้" ในโซนเหล่านี้พร้อมกับผลที่ตามมาอย่างหายนะ

ในเครื่องยนต์สมัยใหม่ ส่วนด้านในของผนังห้องทำจากโลหะผสมทองแดงนำความร้อนสูง ช่องผนังบางแคบถูกสร้างขึ้นโดยการกัด (15D520 RN 11K77 Zenit, RN 11K25 Energia) หรือการกัดด้วยกรด (SSME Space Shuttle) จากด้านนอก โครงสร้างนี้ถูกพันไว้อย่างแน่นหนารอบเปลือกแผ่นรับน้ำหนักที่ทำจากเหล็กหรือไทเทเนียม ซึ่งดูดซับแรงกดภายในของห้องเพาะเลี้ยง ส่วนประกอบทำความเย็นไหลเวียนผ่านช่อง บางครั้งแจ็คเก็ตทำความเย็นจะประกอบจากท่อนำความร้อนบาง ๆ ปิดผนึกด้วยโลหะผสมทองแดงเพื่อความแน่นหนา แต่ห้องดังกล่าวได้รับการออกแบบให้มีแรงดันต่ำลง

ชั้นผนัง(ชั้นเขตแดน คนอเมริกันใช้คำว่า “ม่าน”) เป็นชั้นก๊าซในห้องเผาไหม้ซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับผนังห้องเผาไหม้ และประกอบด้วยไอน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นส่วนใหญ่ ในการจัดระเบียบเลเยอร์ดังกล่าวจะมีการติดตั้งเฉพาะหัวฉีดเชื้อเพลิงตามขอบของหัวผสม เนื่องจากมีเชื้อเพลิงมากเกินไปและขาดออกซิไดเซอร์ ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีในชั้นใกล้กับผนังจึงเกิดขึ้นน้อยกว่าในโซนกลางของห้องมาก เป็นผลให้อุณหภูมิของชั้นผนังต่ำกว่าอุณหภูมิในโซนกลางของห้องอย่างมาก และป้องกันผนังห้องจากการสัมผัสโดยตรงกับผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ที่ร้อนแรงที่สุด บางครั้ง นอกจากนี้ ยังมีการติดตั้งหัวฉีดที่ผนังด้านข้างของห้อง โดยนำส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงเข้าไปในห้องโดยตรงจากเสื้อทำความเย็น นอกจากนี้ยังมีจุดประสงค์เพื่อสร้างชั้นผนังด้วย

เปิดตัวเครื่องยนต์จรวด

การเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวเป็นการดำเนินการที่มีความรับผิดชอบซึ่งเต็มไปด้วยผลร้ายแรงในกรณีที่เกิดสถานการณ์ฉุกเฉินระหว่างการดำเนินการ

หากส่วนประกอบของเชื้อเพลิงมี ติดไฟได้เองนั่นคือการเข้าสู่ปฏิกิริยาการเผาไหม้ทางเคมีเมื่อสัมผัสกันทางกายภาพ (เช่น กรดเฮปทิล/กรดไนตริก) การเริ่มต้นกระบวนการเผาไหม้ไม่ทำให้เกิดปัญหา แต่ในกรณีที่ส่วนประกอบไม่เป็นเช่นนั้น จำเป็นต้องมีตัวสตาร์ทการจุดระเบิดภายนอก ซึ่งจะต้องประสานงานอย่างแม่นยำกับการจ่ายส่วนประกอบเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้ ส่วนผสมของเชื้อเพลิงที่ไม่ถูกเผาไหม้เป็นวัตถุระเบิดที่มีพลังทำลายล้างสูง และการสะสมในห้องเพาะเลี้ยงอาจทำให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรงได้

หลังจากการจุดระเบิดของน้ำมันเชื้อเพลิง การรักษากระบวนการเผาไหม้อย่างต่อเนื่องจะเกิดขึ้นด้วยตัวเอง: เชื้อเพลิงที่เพิ่งเข้าสู่ห้องเผาไหม้จะถูกจุดติดไฟเนื่องจากอุณหภูมิสูงที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของส่วนที่แนะนำก่อนหน้านี้

สำหรับการจุดระเบิดครั้งแรกของเชื้อเพลิงในห้องเผาไหม้เมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวจะใช้วิธีการต่างๆ:

• การใช้ส่วนประกอบที่จุดไฟได้เอง (โดยปกติจะขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิงสตาร์ทที่มีฟอสฟอรัสซึ่งจุดไฟได้เองเมื่อมีปฏิกิริยากับออกซิเจน) ซึ่งในช่วงเริ่มต้นของกระบวนการสตาร์ทเครื่องยนต์จะถูกนำมาใช้ในห้องผ่านหัวฉีดพิเศษเพิ่มเติมจากเชื้อเพลิงเสริม ระบบและหลังจากการเผาไหม้เริ่มขึ้น ส่วนประกอบหลักจะถูกจัดเตรียม การมีระบบเชื้อเพลิงเพิ่มเติมทำให้การออกแบบเครื่องยนต์ซับซ้อน แต่ช่วยให้สามารถสตาร์ทใหม่ได้หลายครั้ง
• เครื่องจุดไฟไฟฟ้าที่อยู่ในห้องเผาไหม้ใกล้กับหัวผสม ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานจะทำให้เกิดอาร์คไฟฟ้าหรือชุดการปล่อยประกายไฟแรงดันสูง เครื่องจุดไฟนี้ใช้แล้วทิ้ง เมื่อเชื้อเพลิงติดไฟก็จะเผาไหม้
• เครื่องจุดไฟพลุ. ใกล้กับหัวผสมจะมีการวางระเบิดเพลิงพลุขนาดเล็กไว้ในห้องซึ่งติดไฟด้วยฟิวส์ไฟฟ้า

การสตาร์ทเครื่องยนต์อัตโนมัติจะประสานการทำงานของตัวจุดไฟและการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้ตรงเวลา

การเปิดตัวเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวขนาดใหญ่พร้อมระบบเชื้อเพลิงแบบปั๊มประกอบด้วยหลายขั้นตอน: ขั้นแรกปั๊มสตาร์ทและเร่งความเร็ว (กระบวนการนี้อาจประกอบด้วยหลายเฟส) จากนั้นวาล์วหลักของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวจะถูกหมุน โดยปกติจะอยู่ในระยะสองขั้นขึ้นไปโดยจะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจากขั้นหนึ่งไปอีกขั้นหนึ่งจนถึงระดับปกติ

สำหรับเครื่องยนต์ที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ฝึกให้สตาร์ทเครื่องยนต์จรวดทันทีที่แรงขับ 100% เรียกว่า “ปืนใหญ่”

ระบบควบคุมอัตโนมัติ LRE

เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่ทันสมัยติดตั้งระบบอัตโนมัติที่ค่อนข้างซับซ้อนซึ่งจะต้องดำเนินการดังต่อไปนี้:

• สตาร์ทเครื่องยนต์อย่างปลอดภัยและเข้าสู่โหมดหลัก
• การรักษาสภาพการทำงานที่มั่นคง
• การเปลี่ยนแปลงแรงขับตามโปรแกรมการบินหรือตามคำสั่งของระบบควบคุมภายนอก
• ดับเครื่องยนต์เมื่อจรวดถึงวงโคจรที่กำหนด (วิถี)
• การควบคุมอัตราส่วนการใช้ส่วนประกอบ

ระบบควบคุมอัตโนมัติของระบบขับเคลื่อนประกอบด้วยเซ็นเซอร์ความดันและการไหลที่จุดต่าง ๆ ของระบบเชื้อเพลิงและตัวผู้บริหารเป็นวาล์วหลักของเครื่องยนต์จรวดและวาล์วควบคุมกังหัน (ในรูปที่ 1 - ตำแหน่ง 7, 8, 9 และ 10)

ส่วนประกอบเชื้อเพลิง

การเลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิงเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการออกแบบเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลว โดยต้องกำหนดรายละเอียดหลายประการล่วงหน้าเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องยนต์และวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่ตามมา ดังนั้นการเลือกเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงถูกสร้างขึ้นโดยคำนึงถึงวัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์และจรวดที่ติดตั้งเงื่อนไขการทำงานเทคโนโลยีการผลิตการจัดเก็บการขนส่งไปยังจุดปล่อยตัวอย่างครอบคลุม ฯลฯ

หนึ่งในตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดที่แสดงถึงลักษณะการรวมกันของส่วนประกอบคือ แรงกระตุ้นเฉพาะซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบยานปล่อยยานอวกาศเนื่องจากอัตราส่วนของมวลเชื้อเพลิงและน้ำหนักบรรทุก ดังนั้นขนาดและมวลของจรวดทั้งหมด (ดูสูตร Tsiolkovsky) ซึ่งหากค่าเฉพาะไม่สูงพอ ขึ้นอยู่กับมัน ถึงระดับสูงสุด แรงกระตุ้นอาจกลายเป็นสิ่งที่ไม่สมจริง ตารางที่ 1 แสดงคุณสมบัติหลักของส่วนประกอบเชื้อเพลิงเหลวบางอย่างรวมกัน

เครื่องยนต์ไอพ่นที่ทำงานด้วยก๊าซเย็นอัด (เช่น อากาศหรือไนโตรเจน) ก็มีองค์ประกอบเดียวเช่นกัน เครื่องยนต์ดังกล่าวเรียกว่าเครื่องยนต์แก๊สเจ็ทและประกอบด้วยวาล์วและหัวฉีด เครื่องยนต์ไอพ่นแก๊สถูกใช้ในกรณีที่ผลกระทบทางความร้อนและเคมีของไอพ่นไอเสียเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้ และข้อกำหนดหลักคือความเรียบง่ายของการออกแบบ ข้อกำหนดเหล่านี้ต้องเป็นไปตามข้อกำหนด เช่น โดยอุปกรณ์การเคลื่อนที่และการหลบหลีกของนักบินอวกาศแต่ละคน (UPMK) ซึ่งอยู่ในกระเป๋าเป้สะพายหลังด้านหลังและมีไว้สำหรับการเคลื่อนไหวเมื่อทำงานนอกยานอวกาศ UPMK ทำงานจากไนโตรเจนอัดสองกระบอก ซึ่งจ่ายผ่านโซลินอยด์วาล์วไปยังระบบขับเคลื่อนที่ประกอบด้วยเครื่องยนต์ 16 เครื่อง

เครื่องยนต์จรวดสามองค์ประกอบ

ตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา สหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาได้ศึกษาแนวคิดของเครื่องยนต์สามตัวขับเคลื่อนที่จะรวมแรงกระตุ้นจำเพาะสูงเมื่อใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง และความหนาแน่นของเชื้อเพลิงเฉลี่ยที่สูงขึ้น (และด้วยเหตุนี้ ปริมาตรและน้ำหนักของเชื้อเพลิงจึงน้อยลง ถัง) คุณลักษณะของเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน เมื่อสตาร์ทเครื่องยนต์ เครื่องยนต์ดังกล่าวจะทำงานโดยใช้ออกซิเจนและน้ำมันก๊าด และที่ระดับความสูงก็จะเปลี่ยนไปใช้ออกซิเจนเหลวและไฮโดรเจน วิธีการนี้อาจทำให้สามารถสร้างยานปล่อยอวกาศขั้นเดียวได้ ตัวอย่างเครื่องยนต์สามองค์ประกอบของรัสเซียคือเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลว RD-701 ซึ่งได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับระบบขนส่งและอวกาศของ MAKS ที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้

นอกจากนี้ยังสามารถใช้เชื้อเพลิงสองชนิดพร้อมกันได้ เช่น ไฮโดรเจน-เบริลเลียม-ออกซิเจน และไฮโดรเจน-ลิเธียม-ฟลูออรีน (การเผาไหม้ของเบริลเลียมและลิเธียม และไฮโดรเจนส่วนใหญ่จะใช้เป็นของไหลทำงาน) ซึ่งทำให้ได้ค่าแรงกระตุ้นเฉพาะ อยู่ในช่วง 550-560 วินาที อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้วมีความยากมากและไม่เคยถูกนำมาใช้ในทางปฏิบัติเลย

การควบคุมจรวด

ในจรวดเหลว เครื่องยนต์มักจะทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการบิน นอกเหนือจากหน้าที่หลักในการสร้างแรงผลักดันแล้ว เครื่องยนต์ยังทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการบินอีกด้วย ขีปนาวุธนำวิถี V-2 ลำแรกถูกควบคุมโดยใช้หางเสือแก๊สไดนามิกกราไฟท์ 4 ตัวที่วางอยู่ในกระแสไอพ่นของเครื่องยนต์ตามแนวรอบนอกของหัวฉีด โดยการเบี่ยง หางเสือเหล่านี้จะเบนส่วนของกระแสน้ำเจ็ต ซึ่งเปลี่ยนทิศทางของเวกเตอร์แรงขับของเครื่องยนต์ และสร้างช่วงเวลาแห่งแรงสัมพันธ์กับจุดศูนย์กลางมวลของจรวด ซึ่งเป็นการกระทำในการควบคุม วิธีการนี้จะช่วยลดแรงขับของเครื่องยนต์ได้อย่างมาก นอกจากนี้ หางเสือกราไฟท์ในกระแสน้ำเจ็ทยังอาจเกิดการสึกกร่อนอย่างรุนแรงและมีอายุการใช้งานสั้นมาก
ระบบควบคุมขีปนาวุธสมัยใหม่ใช้ กล้องพีทีซีเครื่องยนต์จรวดเหลวซึ่งติดอยู่กับองค์ประกอบรับน้ำหนักของตัวจรวดโดยใช้บานพับที่ช่วยให้กล้องสามารถหมุนได้ในระนาบหนึ่งหรือสองลำ ส่วนประกอบเชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังห้องโดยใช้ท่อแบบยืดหยุ่น - เครื่องสูบลม เมื่อกล้องเบี่ยงเบนไปจากแกนที่ขนานกับแกนของจรวด แรงขับของกล้องจะสร้างแรงบิดควบคุมที่ต้องการ กล้องจะหมุนโดยเครื่องบังคับเลี้ยวแบบไฮดรอลิกหรือแบบนิวแมติก ซึ่งดำเนินการคำสั่งที่สร้างโดยระบบควบคุมจรวด
ในยานอวกาศโซยุซ (ดูรูปในชื่อบทความ) นอกเหนือจากกล้องหลัก 20 ตัวของระบบขับเคลื่อนแล้ว ยังมีกล้องหมุนได้ 12 ตัว (แต่ละตัวอยู่ในระนาบของตัวเอง) และกล้องควบคุมขนาดเล็ก ห้องบังคับเลี้ยวใช้ระบบเชื้อเพลิงร่วมกับเครื่องยนต์หลัก
จากเครื่องยนต์ขับเคลื่อน 11 เครื่อง (ทุกระยะ) ของยานปล่อยแซทเทิร์น-5 มี 9 เครื่อง (ยกเว้นส่วนกลางขั้นที่ 1 และ 2) เป็นแบบหมุน โดยแต่ละเครื่องยนต์มี 2 ระนาบ เมื่อใช้เครื่องยนต์หลักเป็นตัวควบคุม ระยะการทำงานของการหมุนกล้องจะไม่เกิน ±5°: เนื่องจากแรงขับที่สูงของกล้องหลักและตำแหน่งในช่องท้ายรถ ซึ่งก็คือ ที่ระยะห่างจากศูนย์กลางพอสมควร มวลของจรวด แม้แต่การโก่งตัวของกล้องเพียงเล็กน้อยก็ทำให้เกิดการควบคุมที่สำคัญ

ในปัจจุบัน อาหารแช่แข็งคือทุกสิ่งทุกอย่าง ตั้งแต่ผลไม้และไอศกรีมไปจนถึงเนื้อสัตว์ ทั้งหมดนี้สามารถแช่แข็งและนำไปใช้ในภายหลังตามวัตถุประสงค์ที่ต้องการได้ นั่นคือเหตุผลว่าทำไมหลายปีที่ผ่านมาจึงมีรถบรรทุกห้องเย็นที่ขนส่งผลิตภัณฑ์แช่แข็งหลายสิบตัน

และแม้ว่าจะมีการใช้รถบรรทุกประเภทนี้บ่อยครั้ง แต่ก็ยังไม่มีทางเลือกที่จะทำให้ "ม้า" เหล่านี้ใช้เชื้อเพลิงน้อยลง แต่พวกมันกินมันมาก มากกว่ารถบรรทุกทั่วไปที่มีขีดความสามารถเท่ากันถึง 25%

ไม่ แน่นอนว่ามีคอมเพรสเซอร์ที่หมุนด้วยความช่วยเหลือของเครื่องยนต์สันดาปภายใน ส่วนคนอื่นๆ เข้าถึงปัญหาจากด้านข้างของการทำงานของคอมเพรสเซอร์ด้วยความช่วยเหลือของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนโดยเครือข่ายออนบอร์ดของยานพาหนะ แต่เป็นทางเดียว หรืออย่างอื่น ไม่มีตัวเลือกใดที่จะลดการใช้เชื้อเพลิง และส่งผลให้มีการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายจำนวนมากออกสู่สิ่งแวดล้อม

นี่เป็นกรณีนี้จนถึงปีนี้หรือจนกระทั่งถึงการแข่งขัน Invention Awards 2014 ซึ่งนักประดิษฐ์ Peter Durman ได้สาธิตเครื่องยนต์แช่แข็งที่เขาออกแบบเอง ซึ่งอาจเป็นวิธีการแก้ปัญหาการใช้เชื้อเพลิงสูงในรถบรรทุกห้องเย็น

เครื่องยนต์ Derman (เป็นชื่อที่ตั้งให้กับเครื่องยนต์แช่แข็ง) ทำงานโดยใช้ความร้อนของสินค้าและความร้อนของสิ่งแวดล้อม ส่งผลให้ไนโตรเจนเหลวซึ่งอยู่ในภาชนะพิเศษเดือด เป็นผลให้ได้ก๊าซที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องยนต์ เป็นเรื่องที่ควรค่าแก่การเพิ่มว่าเครื่องยนต์จะหมุนคอมเพรสเซอร์ตามลำดับ

หลักการทำงานของเครื่องทำความเย็นแบบไครโอเจนิกส์

• ภาชนะพิเศษถูกสูบด้วยไนโตรเจนเหลวซึ่งมีอุณหภูมิ -160 องศาเซลเซียส ต้นทุนของไนโตรเจนเหลวที่สูบเข้าไปในถังนั้นคิดเป็นมากกว่า 60 เปอร์เซ็นต์ของต้นทุนเชื้อเพลิงดีเซลเพิ่มเติมที่รถบรรทุกห้องเย็นทั่วไปจะใช้เพื่อทำให้สินค้าเย็นลงภายในแปดชั่วโมงของการทำงาน
• ความร้อนจากสิ่งแวดล้อมทำให้ไนโตรเจนเหลวเดือดและกลายเป็นก๊าซที่เย็นจัด ก๊าซเย็นนี้จะผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแบบพิเศษ ซึ่งให้ความเย็นประมาณสองในสามของปริมาณความเย็นทั้งหมดที่จำเป็นในการทำให้สินค้าเย็นลง
• หลังจากเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เครื่องยนต์ Derman จะจ่ายไนโตรเจนร้อนภายใต้ความดันซึ่งจะหมุนคอมเพรสเซอร์ พัดลมของระบบทำความเย็นแบบบังคับ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพิ่มเติม
• หลังจากที่คอมเพรสเซอร์บีบอัดไนโตรเจน คอมเพรสเซอร์จะเย็นลงและส่งไปยังเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวที่สอง ซึ่งให้ความเย็นหนึ่งในสาม ซึ่งใช้ในการทำให้สินค้าเย็นลง

ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าระบบดังกล่าวสามารถใช้พลังงานของไนโตรเจนเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพมากถึง 40% ซึ่งเกือบจะเท่ากับประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ดีเซล แต่ท้ายที่สุดแล้ว เราก็ได้รับความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากไนโตรเจนเหลวมีราคาถูกกว่าน้ำมันดีเซล และไม่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมในขณะเดียวกัน ขณะนี้กำลังเตรียมต้นแบบของเครื่องยนต์ Durman สำหรับการทดสอบบนถนนในบริเตนใหญ่ หลังจากนั้นหากประสบความสำเร็จเครื่องยนต์จะเข้าสู่การผลิตจำนวนมาก

ใช้: ในเทคโนโลยีจรวดและอวกาศ โดยเฉพาะในเครื่องยนต์จรวดเหลว (LPRE) ที่ใช้ตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเป็นเชื้อเพลิง สาระสำคัญของการประดิษฐ์: เครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวประกอบด้วยห้องเผาไหม้พร้อมหัวฉีด, turbopumps (TP) ของตัวออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงแบบแช่แข็งซึ่งมีกังหันขับเคลื่อนและเครื่องกำเนิดก๊าซ (GG) ซึ่งติดตั้งแจ็คเก็ตทำความเย็นซึ่งเชื่อมต่อกับการไหลของออกซิไดเซอร์ เส้น. เอาต์พุตของ GG เชื่อมต่อกับอินพุตของกังหัน HP เชื้อเพลิง และเอาต์พุตจากแจ็คเก็ตทำความเย็น GG เชื่อมต่อกับอินพุตของกังหัน HP ตัวออกซิไดเซอร์ตัวที่สอง ซึ่งเอาต์พุตเชื่อมต่อกับอินพุตของตัวออกซิไดเซอร์ HP ผ่าน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งบนสายการไหลของออกซิไดเซอร์ ตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกที่เข้าสู่แจ็คเก็ตทำความเย็น GG จะถูกทำให้เป็นแก๊สเนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับก๊าซของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และใช้เป็นของเหลวทำงานในการขับเคลื่อนตัวออกซิไดเซอร์ T สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพของก๊าซของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งช่วยให้เชื้อเพลิงถูกเผาในเครื่องกำเนิดก๊าซในอัตราส่วนที่เหมาะสมของส่วนประกอบ กำจัดผลกระทบทางความร้อนที่เพิ่มขึ้นของก๊าซบนใบพัดกังหัน และลดปริมาณของเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ ป่วย 2 ราย

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีจรวดและอวกาศ และเกี่ยวข้องกับการออกแบบเครื่องยนต์จรวดเหลว (LPRE) ที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงแบบแช่แข็ง โดยเฉพาะเครื่องยนต์ของหน่วยจรวดและยานอวกาศที่ใช้ออกซิเจนเหลวแบบออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิง เป็นที่ทราบกันว่าเครื่องยนต์จรวดเหลวประกอบด้วยห้องเผาไหม้พร้อมหัวฉีด, เทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์และเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิงพร้อมออกซิไดเซอร์และสายจ่ายเชื้อเพลิงที่เชื่อมต่อกับกังหัน, เครื่องกำเนิดก๊าซขับเคลื่อนกังหัน, เอาต์พุตซึ่งเชื่อมต่อกับห้องเผาไหม้, ในขณะที่สายจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงเชื่อมต่อกับห้องเผาไหม้และเชื่อมต่อในแนวขนานกับอินพุตของเครื่องกำเนิดก๊าซซึ่งเชื่อมต่อกับสายจ่ายออกซิไดเซอร์ด้วย ("ความรู้พื้นฐานของทฤษฎีและการคำนวณเครื่องยนต์จรวดเหลว" แก้ไขโดย V.M. Kudryavtsev . ม. อุดมศึกษา, 2526, หน้า 11, รูปที่ 1.6). ในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลวที่รู้จัก ส่วนประกอบเชื้อเพลิงชิ้นหนึ่งจะถูกส่งจากเทอร์โบปั๊มไปยังเครื่องกำเนิดแก๊สโดยสมบูรณ์ และอีกส่วนหนึ่งถูกส่งไปบางส่วน เมื่อพวกมันถูกเผาในเครื่องกำเนิดแก๊ส ก๊าซอุณหภูมิสูงจะเกิดขึ้นโดยมีสารออกซิไดซ์มากเกินไป (ออกซิไดซ์) หรือมีเชื้อเพลิงมากเกินไป (รีดิวซ์) ซึ่งถูกส่งไปยังระบบขับเคลื่อนกังหันของตัวออกซิไดเซอร์และเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง ผลิตภัณฑ์ผลิตก๊าซที่ใช้กับกังหันจะถูกเผาในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว ในกรณีของการใช้เชื้อเพลิงไครโอเจนิกในเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว โดยเฉพาะอย่างยิ่งตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกส์ (ออกซิเจนเหลว) และเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน (น้ำมันก๊าด) ซึ่งเกิดขึ้นในเครื่องยนต์ของบล็อกจรวดในระยะของยานปล่อยและยานอวกาศ กังหันจะถูกขับเคลื่อน โดยการออกซิไดซ์ก๊าซกำเนิด เนื่องจากการแปรสภาพเป็นแก๊สของตัวออกซิไดเซอร์ที่มีจุดเดือดต่ำจะเบากว่าเชื้อเพลิงที่มีจุดเดือดสูงมาก ในกรณีนี้ อุณหภูมิของก๊าซของเครื่องกำเนิดในกังหันจะอยู่ที่หลายร้อยองศาโดยมีค่าสัมประสิทธิ์ส่วนเกินของตัวออกซิไดเซอร์ที่สูงมาก (อัลฟา > 10) และแรงดันก๊าซด้านหลังกังหันจะเกินแรงดันในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ถึง 100 หรือมากกว่านั้น (มากถึง 300) บรรยากาศ ออกซิเจนส่วนเกินจำนวนมากที่ความดันและอุณหภูมิสูงทำให้เกิดความก้าวร้าวและการระเบิดที่สูงมากของก๊าซกำเนิด ในเรื่องนี้ มีความต้องการที่สูงมากต่อคุณภาพของการทำความสะอาดและการล้างตัวออกซิไดเซอร์และฐานเชื้อเพลิงของระบบขับเคลื่อนและท่อจ่าย การปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้เกี่ยวข้องกับต้นทุนค่าแรงจำนวนมากและส่งผลให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่ไม่สามารถรับประกันความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวได้อย่างเต็มที่ในแง่ของความปลอดภัย ก๊าซเครื่องกำเนิดออกซิไดซ์ที่มีฤทธิ์รุนแรงสูงอาจทำให้ซีลเพลาของตัวออกซิไดเซอร์และเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิงในกังหันเกิดความล้มเหลว ซึ่งทำให้เครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวล้มเหลว ความก้าวร้าวสูงของก๊าซเครื่องกำเนิดไฟฟ้ายังนำไปสู่การสึกหรอขององค์ประกอบกังหันที่เพิ่มขึ้นและอายุการใช้งานลดลง ข้อเสนอที่ใกล้เคียงที่สุดคือเครื่องยนต์จรวดเหลวที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงแบบไครโอเจนิกส์ ซึ่งรวมถึงตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน ที่ประกอบด้วยตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน ที่ประกอบด้วยห้องเผาไหม้พร้อมหัวฉีด เทอร์โบปั๊มตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิก และเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิงที่เชื่อมต่ออยู่ ผ่านท่อไหลไปยังห้องเผาไหม้ เครื่องกำเนิดก๊าซ ช่องทางเข้าซึ่งเชื่อมต่อกับท่อออกซิไดเซอร์และท่อเชื้อเพลิง และทางออกเชื่อมต่อกับท่อทางเข้าของกังหัน เชื่อมต่อกับตัวออกซิไดเซอร์และเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง และมีท่อไอเสีย ( "Cosmonautics", Encyclopedia, เรียบเรียงโดย V. P. Glushko, M. Sov. Encyclopedia, 1985, p. ในเครื่องยนต์จรวดเหลวนี้ ปริมาณส่วนประกอบเชื้อเพลิงหลักหลังจากเทอร์โบปั๊มถูกนำเข้าไปในห้องเผาไหม้ และส่วนเล็ก ๆ จะเข้าสู่เครื่องกำเนิดก๊าซ เนื่องจากมีการนำออกซิไดเซอร์เพียงส่วนเล็กๆ เข้าไปในเครื่องกำเนิดก๊าซ ความแรงของก๊าซของเครื่องกำเนิดในกังหันจึงลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับรุ่นต้นแบบ แรงดันก๊าซที่กังหันก็ลดลงเช่นกันเมื่อระบายออกสู่ชั้นบรรยากาศ เป็นผลให้สภาพการทำงานของกังหันได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ ความเสี่ยงของการระเบิดลดลง และเพิ่มความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานของเครื่องยนต์ อย่างไรก็ตาม ในการออกแบบเครื่องยนต์ขับเคลื่อนเชื้อเพลิงเหลวนี้ พลังงานเคมีของเชื้อเพลิงที่เข้าสู่เครื่องกำเนิดก๊าซไม่ได้ใช้อย่างเต็มที่ ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลดลง นี่เป็นเพราะความต้องการเพื่อรักษาเสถียรภาพทางความร้อนของใบพัดกังหัน เพื่อรักษาอุณหภูมิของก๊าซกำเนิดให้ต่ำกว่าอุณหภูมิของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ในห้องเผาไหม้ ดังนั้นการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดก๊าซไม่ได้ดำเนินการในอัตราส่วนที่เหมาะสมของส่วนประกอบ แต่มีตัวออกซิไดเซอร์ส่วนเกินอยู่บ้าง เป็นผลให้ส่วนประกอบเชื้อเพลิงตัวใดตัวหนึ่งไม่เผาไหม้ ซึ่งจะเพิ่มการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเพื่อสร้างแรงกระตุ้นเพียงครั้งเดียว วัตถุประสงค์ของการประดิษฐ์คือการเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงแช่แข็งโดยการลดปริมาณเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ในเครื่องกำเนิดก๊าซและเพิ่มความสมบูรณ์ของการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดก๊าซ งานนี้สำเร็จได้เนื่องจากเครื่องยนต์จรวดเหลวที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงแช่แข็งซึ่งประกอบด้วยห้องเผาไหม้พร้อมหัวฉีด, เทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกและเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่มีเส้นไหล, เครื่องกำเนิดก๊าซ, เอาต์พุตที่เชื่อมต่อกับ ทางเข้าของกังหันที่เชื่อมต่อกับเทอร์โบปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิงและมีท่อไอเสียตามการประดิษฐ์นั้นติดตั้งกังหันตัวที่สองที่เชื่อมต่อกับเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกส์ และเครื่องกำเนิดก๊าซติดตั้งแจ็คเก็ตทำความเย็นที่เชื่อมต่อผ่านระบบปิด ออกจากวาล์วไปยังสายการไหลของออกซิไดเซอร์ ในขณะที่ทางออกจากแจ็คเก็ตระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดก๊าซเชื่อมต่อกับทางเข้าของกังหันตัวที่สอง ซึ่งเอาท์พุตจะผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนที่ติดตั้งบนสายการไหลของออกซิไดเซอร์ เชื่อมต่อกับสายการไหลด้านหน้า เทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิก การมีแจ็คเก็ตทำความเย็นบนเครื่องกำเนิดแก๊สซึ่งเชื่อมต่อกับสายออกซิไดเซอร์ ทำให้สามารถแปลงก๊าซออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกที่เข้าไปในแจ็คเก็ตได้เนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับผลิตภัณฑ์ที่สร้างก๊าซอุณหภูมิสูง และเพื่อให้ความร้อนแก่ก๊าซที่เกิดขึ้นจนถึงอุณหภูมิ สารทำงานของกังหัน (600-900 K) การมีอยู่ของกังหันตัวที่สอง ซึ่งเชื่อมต่อกับเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์และเชื่อมต่อกับทางออกของแจ็คเก็ตทำความเย็นของเครื่องกำเนิดก๊าซ ช่วยให้สามารถใช้ออกซิไดเซอร์ไครโอเจนิกที่ถูกทำให้เป็นแก๊สและให้ความร้อนเพื่อขับเคลื่อนเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ได้ การมีแจ็คเก็ตทำความเย็นของเครื่องกำเนิดก๊าซพร้อมสารทำความเย็นแบบแช่แข็งทำให้การระบายความร้อนของก๊าซเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีประสิทธิภาพสูง ซึ่งทำให้สามารถเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดก๊าซในอัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ที่เหมาะสมของส่วนประกอบต่างๆ ในขณะที่กำจัดผลกระทบทางความร้อนที่เพิ่มขึ้นของก๊าซบน ใบพัดกังหัน เนื่องจากอัตราส่วนที่เหมาะสมของส่วนประกอบที่ถูกเผาไหม้ทำให้มั่นใจได้ถึงการปล่อยพลังงานความร้อนของเชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดก๊าซที่สมบูรณ์ที่สุดและการระบายความร้อนของก๊าซของเครื่องกำเนิดด้วยส่วนประกอบแช่แข็งซึ่งถูกส่งไปยังไดรฟ์ของเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาของเชื้อเพลิง ในกรณีนี้ ความสูญเสียในการขับเคลื่อนของเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์จะถูกกำจัดออกไป เนื่องจากตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกที่ถูกทำให้เป็นแก๊สหลังจากกังหันและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเข้าสู่เส้นการไหลของตัวออกซิไดเซอร์อีกครั้ง และท้ายที่สุดจะเผาไหม้ในห้องเผาไหม้หรือเครื่องกำเนิดก๊าซที่อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ที่เหมาะสมที่สุดด้วย เชื้อเพลิง สถานการณ์เหล่านี้ทำให้สามารถลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ในเครื่องกำเนิดก๊าซเพื่อขับเคลื่อนตัวออกซิไดเซอร์และเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิงได้อย่างมาก และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์จรวดเหลว ในรูป 1 แสดงแผนภาพของเครื่องยนต์ ในรูป ตำแหน่งที่ 2 ของหัวฉีดหัวฉีดในสายจ่ายออกซิไดเซอร์ โหนด I ในรูปที่ 1. เครื่องยนต์ประกอบด้วยห้องเผาไหม้ 1 พร้อมหัวผสม 2 และหัวฉีด 3 มีเส้นทางระบายความร้อน 4. เชื่อมต่อกับหัวผสม 2 คือสายการไหลของออกซิไดเซอร์ 5 เชื่อมต่อผ่านเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ 6 และสาย 7 ด้วยตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิก ถังและสายการไหลของน้ำมันเชื้อเพลิง 8 เชื่อมต่อผ่านเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง 9 และสาย 10 กับถังเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน และสาย 8 เชื่อมต่อกับหัว 2 ผ่านเส้นทางทำความเย็น 4 เทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง 9 มีกังหันขับเคลื่อน 11 เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดก๊าซ 12 ซึ่งอินพุตเชื่อมต่อผ่านสาย 13 และ 14 กับสายจ่ายออกซิไดเซอร์ 5 และเชื้อเพลิง 8 เครื่องยนต์ยังติดตั้งกังหันตัวที่สอง 15 ที่เชื่อมต่อกับเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ 6 และเครื่องกำเนิดก๊าซ 12 ติดตั้งแจ็คเก็ตทำความเย็น 16 ซึ่งอินพุตเชื่อมต่อด้วยสาย 17 พร้อมวาล์วปิด 18 กับสายการไหลของออกซิไดเซอร์ 5 ทางออกจากกังหันตัวที่สอง 15 จะผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน 19 ที่ติดตั้งบนสายจ่ายออกซิไดเซอร์ 5 และหัวฉีดหัวฉีด 20 เชื่อมต่อกับสายจ่ายออกซิไดเซอร์ 7 ที่ด้านหน้าเทอร์โบปั๊ม 6 กังหัน 11 เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดก๊าซ 12 มีท่อไอเสีย 21 พร้อมหัวฉีดเสริม มีการติดตั้งวาล์วปิด 22 และ 23 ในสายจ่ายออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิง 5 และ 8 มีการติดตั้งวาล์วปิด 24 และ 25 ที่สาย 13 และ 14 เพื่อจ่ายสารออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงให้กับเครื่องกำเนิดก๊าซ , turbopumps 6 และ 9 จ่ายสารออกซิไดเซอร์ด้วยความเย็นและเชื้อเพลิงผ่านสาย 5 และ 8 เข้าไปในห้องเผาไหม้ 1 ในกรณีนี้ ส่วนเล็ก ๆ ของตัวออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงจะถูกส่งผ่านสาย 13 และ 14 ไปยังเครื่องกำเนิดก๊าซ 12 ซึ่งถูกเผาที่ อัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุด ผลิตภัณฑ์สร้างก๊าซจะถูกส่งไปยังระบบขับเคลื่อนของกังหัน 11 ซึ่งช่วยให้มั่นใจการทำงานของเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิง 9 จากนั้นปล่อยผ่านท่อไอเสีย 21 และหัวฉีดเสริมออกสู่ชั้นบรรยากาศ ในเวลาเดียวกันอีกส่วนหนึ่งของตัวออกซิไดเซอร์ (ประมาณ 5% ของจำนวนทั้งหมด) ผ่านบรรทัด 17 จะเข้าสู่แจ็คเก็ตทำความเย็น 16 ของเครื่องกำเนิดก๊าซ 12 ซึ่งจะถูกทำให้เป็นแก๊สและให้ความร้อนเนื่องจากการแลกเปลี่ยนความร้อนกับก๊าซของเครื่องกำเนิด เป็นผลให้อุณหภูมิของเครื่องกำเนิดก๊าซที่เข้าสู่กังหัน 11 ลดลงอย่างมีนัยสำคัญและไอของออกซิไดเซอร์ที่ให้ความร้อนจะถูกส่งไปยังไดรฟ์ของกังหัน 15 ซึ่งช่วยให้มั่นใจในการทำงานของเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ 6 ไอของออกซิไดเซอร์ที่ระบายออกจากกังหัน 15 ไหลผ่าน เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 19 ซึ่งพวกมันถูกทำให้เย็นลงโดยการไหลหลักของตัวออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกที่จ่ายผ่านสายการไหล 5 เข้าไปในห้องเผาไหม้ 1 ไอของตัวออกซิไดเซอร์ที่ระบายความร้อนผ่านหัวฉีด 20 ของหัวฉีดที่ติดตั้งในบรรทัด 7 จะถูกส่งไปยังอินพุตของเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ 6 ดังนั้นการจ่ายสารออกซิไดเซอร์แบบไครโอเจนิกให้กับแจ็คเก็ตทำความเย็น 16 ของเครื่องกำเนิดก๊าซทำให้อุณหภูมิของก๊าซของเครื่องกำเนิดเข้าสู่กังหัน 11 ลดลงอย่างมีประสิทธิภาพและช่วยให้คุณเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดก๊าซด้วยอัตราส่วนของส่วนประกอบที่เหมาะสมที่สุด ในกรณีนี้พลังงานส่วนหนึ่งของเชื้อเพลิงที่ถูกเผาในเครื่องกำเนิดก๊าซนั้นถูกใช้ไปกับการขับเคลื่อนกังหัน 11 ของเทอร์โบปั๊มเชื้อเพลิงและพลังงานเชื้อเพลิงอีกส่วนหนึ่งจะถูกถ่ายโอนผ่านการแลกเปลี่ยนความร้อนไปยังส่วนประกอบของการแช่แข็งโดยเปลี่ยนให้เป็น สารทำงานของกังหัน 15 ขับเทอร์โบปั๊มออกซิไดเซอร์ เป็นผลให้การสูญเสียในการขับออกซิไดเซอร์และเทอร์โบปั๊มจ่ายเชื้อเพลิงลดลงและปริมาณเชื้อเพลิงที่ถูกเผาในเครื่องกำเนิดก๊าซลดลงซึ่งทำให้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวได้ การระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพของก๊าซเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่อยู่ด้านหน้ากังหัน 11 ยังช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของกังหันและเครื่องยนต์โดยรวมอีกด้วย เนื่องจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องกำเนิดก๊าซของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่นำเสนอนั้นดำเนินการในอัตราส่วนที่เหมาะสมของส่วนประกอบ ความเป็นพิษของเอาต์พุตหลังจากกังหัน 11 จะถูกกำจัด การลดปริมาณเชื้อเพลิงที่ถูกเผาในเครื่องกำเนิดก๊าซและเพิ่มความสมบูรณ์ ของการเผาไหม้ทำให้สามารถรักษาความสะอาดของเครื่องยนต์ต่อสิ่งแวดล้อมได้ การคำนวณแสดงให้เห็นว่าการประดิษฐ์ทำให้สามารถลดปริมาณเชื้อเพลิงที่จ่ายให้กับเครื่องกำเนิดก๊าซเพื่อการเผาไหม้ได้ 2-3 เท่า โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การใช้เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลวที่เสนอในระยะบนของยานอวกาศที่มีน้ำหนักบรรทุก 2 ตัน จะช่วยประหยัดเชื้อเพลิงได้ 150 กิโลกรัมที่ใช้ในการขับเคลื่อนเทอร์โบปั๊มออกซิเจนเหลวและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน (น้ำมันก๊าด) พร้อมกับการประหยัดเชื้อเพลิง น้ำหนักบรรทุกที่ยานอวกาศปล่อยเข้าสู่วงโคจรเป้าหมายจะเพิ่มขึ้น 150 กิโลกรัม

บ้าน » แชสซี » เชื้อเพลิงไครโอเจนิกในการบิน อินเดียทดสอบเครื่องยนต์ไครโอเจนิก เครื่องยนต์ไครโอเจนิก