Kontrahierende Düsen von Raketentriebwerken

Wenn Sie in der Lage wären, das Flächenverhältnis einer Trägerraketentriebwerksdüse nach Belieben zu ändern, möchten Sie, dass sie sich ausdehnt und nicht zusammenzieht ¹ . Die beste Leistung wird erzielt, wenn der Druck in der Austrittsebene dem Umgebungsdruck entspricht. Wenn die Rakete aufsteigt, sinkt der Umgebungsdruck und es ist mehr Ausdehnung erforderlich, nicht weniger.

Warum tun sie das nicht? Die üblichen Luft- und Raumfahrtgründe: Kosten, Gewicht und Komplexität.

Einige Triebwerke haben ausfahrbare Austrittsdüsen verwendet. Der RL-10B2 hat einen.

Beachten Sie, dass dieses Design eine Druckanpassung der Austrittsebene an zwei Punkten anstelle von einem ermöglicht, nicht eine kontinuierliche Anpassung. Diese Grafik aus Aerothermodynamics of Gas Turbine and Rocket Propulsion (Oates, 1984) zeigt den Vorteil dieser Konstruktion. Die gestrichelte Linie ist der ideale Schubkoeffizient. Sie können sehen, wie die durchgezogene „tatsächliche“ Linie beginnt, sich von der idealen Linie weg zu biegen, wenn das Fahrzeug aufsteigt, und dann beginnt, eine Zeit lang zurückzugehen, wenn die ausfahrbare Düse eingesetzt wird.

Die Interkontinentalrakete der Friedenstruppe hatte ausfahrbare Ausgangskegel an ihren Feststoffraketenmotoren der 2. und 3. Stufe. Ich bin mir nicht 100% sicher, aber ich glaube, diese Zeichnung (ebenfalls von Oates) zeigt einen dieser Motoren. Die Zeichnung zeigt zwei entfaltbare Kegel, die eine Druckanpassung der Austrittsebene an drei Punkten ermöglichen.

Daraus extrapolierend könnte man sich eine Art Jalousiedüse mit vielen ausfahrbaren Kegeln vorstellen. Visualisieren, aber wahrscheinlich nie verkaufen.

Ich bin mir sicher, dass es andere Beispiele gibt, aber "die üblichen Gründe für die Luft- und Raumfahrt" verhindern, dass dies ein gemeinsames Merkmal ist.

Der „Heilige Gral“ der selbstjustierenden Düsen ist der Aerospike-Motor . Dies nutzt die aerodynamischen Eigenschaften des Abgasstroms, um eine Art selbstregulierende virtuelle Düse zu erzeugen. Probleme mit der Kühlung der Mittelkörper haben dies bei großen Triebwerken bisher in den Bereich "wird bald fliegen" verbannt.

Auf dieser Seite gibt es bereits eine Reihe informativer Fragen zu Aerospike-Triebwerken und Expansions-/Ablenkdüsen.

• Warum werden lineare Aerospike-Motoren nicht häufig verwendet?
• Entfaltet sich die gesamte Effizienz eines Aerospike-Triebwerks in der unteren Atmosphäre oder liegen die Vorteile auch im Vakuum?
• Was sind die Vor- und Nachteile der Expansions-Umlenkdüse?

¹ Es sei denn, Sie landen mit Raketen in der Erdatmosphäre. Eindeutig ein Sci-Fi-Konzept.