Ist ein Hybridantrieb zum Antrieb der Turbopumpe möglich?

Turbopumpen werden entweder von einem Vorbrenner oder von einem Elektromotor angetrieben (OK, diese Technologie ist ziemlich neu und wird derzeit 2019 nur beim Rutherford-Motor verwendet ).

Wenn ich das richtig verstehe, hat die Verwendung einer elektrischen Turbopumpe einige Vor- und Nachteile , nämlich das Schub-Gewichts-Verhältnis, die Drosselklappenpräzision, die Startzeit, die Startkomplexität, das fallengelassene Verbrauchsmaterial (entweder Batterie oder Treibmittel), die Komplexität der Rohre.

Meine Frage ist: Ist es möglich, die Trubopumpe mit einem Hybridantrieb anzutreiben? Auf diese Weise können wir sowohl die Präzision als auch die Einfachheit des Starts aufgrund des elektrischen Antriebs und des Schub-Gewichts-Verhältnisses nutzen und müssen die Batterie aufgrund des „klassischen“ Vorbrenners nicht ablegen.

Antworten (2)

Wahrscheinlich nicht analog zum System eines Hybridautos, bei dem beide Systeme das Auto fahren könnten, wie @hobbes diskutiert.

In geringerem Umfang kann jedoch eine elektrische Augmentation sinnvoll sein. Vor allem, wenn die Batterie bereits aus anderen Gründen benötigt wurde: Das Anbringen eines Elektromotors / Generators an einer Turbopumpenachse - angetrieben oder Aufladen dieser Batterie - könnte einige der Vorteile ermöglichen, von denen Sie sprechen. Nämlich zusätzliche Leistung, um den Start zu unterstützen, eine Möglichkeit, Gas zu geben und eine feinere Steuerung zu ermöglichen usw. Der Nachteil, dass dies Trockenmasse hinzufügen würde, was ein massiver (Wortspiel beabsichtigter) Nachteil ist, bleibt jedoch in geringerem Maße bestehen. Es würde auch zusätzliche Kosten und Komplexität verursachen. Um diese Nachteile zu überwinden, wäre ein erheblicher Nutzen erforderlich, und es scheint unwahrscheinlich, dass dies bei den derzeitigen Raketen der Fall wäre. Das bedeutet jedoch nicht, dass es niemals ein guter Kompromiss wäre.

Zum Beispiel: eine hochgradig wiederverwendete erste Stufe mit niedrigem Gesamt-dV, bei der Trockenmasse und Kosten weniger bedeutend sind und geringfügige Verbesserungen bei der Vereinfachung des Betriebs wichtiger sind, kann dies ein nützlicher Ansatz sein. Dies ist jedoch tief in hypothetischem Boden.

Ein solches System wäre das Schlechteste aus beiden Welten: Sie hätten das Gewicht und die Komplexität von zwei Systemen, mit sehr geringem Nutzen im Vergleich zur Verwendung nur eines Systems.

  • Präzision: nein Sobald Sie vom Elektromotor auf den Raketenvorbrenner umsteigen, verlieren Sie diesen Vorteil.
  • Starteinfachheit: nein. Die Inbetriebnahme ist zwar einfach, doch jetzt muss bei laufender Turbopumpe vom Elektroantrieb auf den Raketenvorbrenner umgeschaltet werden. Das verkompliziert die Sache.

Gaspräzision ist nicht so sehr während des Starts und des Erstflugs erforderlich, sondern in Situationen mit wenig Gas (z. B. beim Landen einer Raketenstufe).

Ein benzinelektrischer Antriebsstrang für ein Auto ist sinnvoll, da sich beide Systeme ergänzen und gegenseitig ihre Schwächen mildern, sodass das Gesamtsystem trotz des zusätzlichen Gewichts effizienter ist als ein reiner Benzinantrieb.

Hybrid bedeutet nicht entweder das eine oder das andere, beide können die Trubopumpe gleichzeitig antreiben (wie bei Hybridautos). Der elektrische Antrieb kann hier sein, um die Präzision zu erhöhen und die Tubopumpe allein anzutreiben, wenn geringer Schub erforderlich ist.
Die gleichen Punkte gelten, wenn Sie beide Antriebsmethoden gleichzeitig verwenden. Toyotas HSD ist ein brillantes Stück Technik, das es Ihnen ermöglicht, beide Motoren laufen zu lassen, ohne sie genau synchronisieren zu müssen. Das geht hier nicht, also müsstest du sie sehr genau steuern, um zu vermeiden, dass ein Motor den anderen antreibt (wenn der Raketenvorbrenner zu schnell läuft, verwandelt sich dein Elektromotor in einen Generator).
Außerdem ist ein winziger Schluckauf aufgrund unvorhersehbarer Turbinenleistung beim Übergang von rein elektrisch zu Hybrid oder zurück keine große Sache in einem Auto, aber wahrscheinlich katastrophal in einem Raketentriebwerk (durch Verbrennungsinstabilität, Pumpenüberdrehzahl / Kavitation, was auch immer).
Ich denke, die Idee hat einen gewissen Wert, wenn die Vorbrenner-Turbopumpe als wichtigste, primäre Energiequelle verwendet wird, die während des Starts von Anfang bis Ende arbeitet. Elektromotoren sind einfach und robust genug, dass es nicht allzu schwierig sein sollte, einen relativ schwachen in die Struktur der Turbopumpe einzubetten – und dann könnte er die ursprüngliche Pumpe „aufladen“, indem er etwas zusätzliches Drehmoment liefert. Dann könnte es allein für Manöver mit niedrigem Schub verwendet werden; einige der Wiederzündungsprobleme werden gemildert, was eine präzise Steuerung ermöglicht, aber nicht annähernd so viel Drehmoment (und Durchsatz) wie der Vorbrenner.
Ist ein Hybridantrieb zum Antrieb der Turbopumpe möglich?
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