In der Schwerelosigkeit neigt die Flüssigkeit in einem Kraftstofftank dazu, an einer beliebigen Stelle einen Fleck zu bilden, sodass Sie Vorkehrungen treffen müssen, um sicherzustellen, dass die Kraftstoffpumpe Kraftstoff ansaugen kann. In einer kürzlich gestellten Frage zu sich drehenden Raumfahrzeugen schlug @Erik vor, dass das Drehen verwendet werden kann, um den Kraftstoff für einen Motorstart an Ort und Stelle zu bringen.
Aber wenn Sie ein Raumschiff entlang seiner Schubachse drehen, landet der Treibstoff zur Außenseite des Raumfahrzeugs oder in einem Winkel von 90 Grad relativ zur Schublinie. Wenn Sie also den Motor starten, bewegt sich der Kraftstoff heftig zum Motor und möglicherweise (wenn der Kraftstofftank zu weniger als 50 % gefüllt ist) vom Kraftstoffeinlass weg.
Wie wird das in der Praxis gemacht?
Das Starten von flüssigkeitsbetriebenen Raketentriebwerken unter Null-G-Bedingungen ist ein nicht triviales Problem, das während des Entwurfs ausdrücklich angegangen werden sollte. Es gibt eine Reihe gängiger Vorgehensweisen:
Verwenden Sie ein Hilfsantriebssystem, um eine sogenannte Absetzverbrennung durchzuführen. Der Zweck dieses Manövers besteht darin, gerade genug Schub bereitzustellen, um das Treibmittel in Richtung des Sumpfes oder der Zuleitung von den Tanks zum Motor und den Freiraum zum gegenüberliegenden Ende zu drücken. Der Trick besteht darin, sicherzustellen, dass das System genügend positiven Schub für genügend Zeit liefert, um eine gute Benetzung des Sumpfes sicherzustellen. Nach der Zündung sollte der Schub / die Beschleunigung des Haupttriebwerks den Treibstoff an der richtigen Stelle halten. (siehe unten)
Behalten Sie während des Ausrollens eine positive Beschleunigung bei. Für Triebwerke, die abschalten und dann neu starten (z. B. nach einer Küstenphase im Weltraum), kann eine sehr kleine Schubmenge verwendet werden, nicht um Treibmittel an sich abzusetzen, sondern um sie abgesetzt zu halten. In diesem Fall kann der Schub Mikro-g-Stufen betragen. Der Nachteil ist, dass positiver Schub für die gesamte Küste aufrechterhalten werden sollte, sodass der Schub, obwohl er gering ist, lange Zeit aktiv sein muss.
Treibmittel-Management-Geräte. Nicht-Raketensysteme, beispielsweise Flüssigtreibstoffsysteme auf Satelliten, verwenden typischerweise andere Methoden, um genügend Treibstoff in der Nähe des Sumpfes zu halten, um das System zu starten. Oftmals können dies Siebe oder andere interne Tankmerkmale sein, die Kapillar- oder Oberflächenspannungskräfte verwenden, um zu verhindern, dass zumindest ein Teil der Flüssigkeit wegschwimmt.
Schließlich wäre, wenn das Antriebssystem robust gegenüber dem Eindringen von Flüssigkeiten, Gasen oder Zweiphasenströmungen in den Motor wäre. Dies ist ziemlich selten, aber wenn es der Fall wäre, könnte das Design dieses Problem theoretisch ignorieren.
Die endgültige Position des flüssigen Brennstoffs und/oder Oxidationsmittels in einem sich drehenden Brennstofftank hängt von der Form der Wände des Tanks ab. Wenn sich der Tank nach oben verjüngt, wird der Kraftstoff nach unten herausgeschleudert. Google „ Erlenmeyer-Kolben “, Chemieglaswaren, die das Verwirbeln von Flüssigkeiten ermöglichen, ohne dass die Gefahr des Verschüttens besteht.
Ich kann mich aus den Anfängen des US-Raumfahrtprogramms an einen sogenannten „ Schwundbrand “ erinnern . Dabei wird eine sehr kleine Rakete (Fest- oder Gasbrennstoff) abgefeuert. Der kleine Schub fördert das Absetzen des flüssigen Hauptbrennstoffs am "Boden" des Tanks, wo sich die Kraftstoffeinlässe befinden.
Daran erinnere ich mich besonders, da es in der Begriffserklärung unter anderem darum ging, die letzten Tropfen aus einem Wein- oder Whiskyfass zu holen!
Wenn die Kraftstoff- und Oxidationsmitteltanks ein Verdrängungssystem verwenden, wie z. B. einen Kolben oder einen Faltenbalg, besteht keine Notwendigkeit für eine Absetz- oder Freiraumverbrennung. Dies ist bei vielen (den meisten?) Triebwerken zur Lageregelung und sogar bei einigen Hauptantriebssystemen der Fall.
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