Was sind die Phasen der Zündung (und des Flammenausfalls) eines Flüssigbrennstoffmotors?

Als ich die Zündung mehrerer Raketentriebwerke ( Shuttle , AMDE , Lynx Suborbital , Saturn V ) beobachtete, durchlaufen sie alle ein paar Phasen – sie stoßen verschiedene Dämpfe, unfokussierte Flammen usw. aus, bevor die richtige Flamme mit „vollem Schub“ erscheint – manchmal kommen sie langsamer , manchmal schneller (im Fall von Bantam ist das fast augenblicklich).

Was sind das für Phasen? Was beobachte ich - könnte jemand Schritt für Schritt beschreiben, was sind die Phasen zwischen dem Countdown "Null" und dem Motor, der mit voller Schubkraft zündet? Und umgekehrt (wie im Fall von AMDE), was sind die Phasen der Motorabschaltung?

Für SSME ist ein Teil dieser „unkonzentrierten Flamme“ auf den h2-reichen Start zurückzuführen. Sie können in der Ventilsteuerung aus den von mir geposteten Diagrammen sehen, dass sie darauf achten, niemals O2-reich zu sein - die Kraftstoffventile öffnen zuerst und schließen zuletzt. Auch für SSME begannen sie tatsächlich etwa 5 Sekunden vor "Countdown Null", so dass verifiziert wurde, dass sie in der Mainstage liefen, bevor die SRBs bei T0 gezündet wurden.
Beachten Sie, dass sich die gegebenen Antworten auf die SSME konzentrieren, die eine notorisch heikle Startsequenz hatte. Viele andere Motoren können einfacher sein, und unterschiedliche Treibmittel, Verbrennungszyklen und Zündverfahren beeinflussen die Reihenfolge des Motorstarts.

Antworten (3)

Sehr spät zu dieser Party, aber ich habe hier (PDF) eine wirklich, wirklich, wirklich detaillierte Beschreibung des SSME-Startups gefunden.

Grundsätzlich wird das gesamte System gestartet, wenn das Öffnen des Hauptbrennstoffventils LH2 in die Kühlsysteme der Düse und der Hauptbrennkammer einlässt, die nicht isoliert sind. Durch die Umgebungserwärmung des LH2 dehnt es sich aus, was den Vordruck für die Vorbrenner erzeugt und auch die Niederdruck-Kraftstoffpumpe in Gang bringt. Danach muss das Oxidationssystem in der richtigen Reihenfolge vorgefüllt werden, die sorgfältig zeitlich abgestimmt ist, um mit wilden 2-Hz-Druckschwankungen im Kraftstoffsystem zu synchronisieren, die durch das erhitzte LH2 verursacht werden, das sehr stark versucht, zurück in den Pumpenauslass zu fließen.

Wenn am Kraftstoffpumpenauslass zu viel Gegendruck entsteht, führt der Widerstand, der der Pumpen-/Turbinenwelle hinzugefügt wird, zum Explodieren des Vorbrenners. Wenn Sie zu wenig Gegendruck bekommen, wird die Pumpe überdrehen und sich selbst in Stücke reißen. Das Ganze ist ... knifflig .

Meine Go-to-Open-Source-Quelle für SSME- Informationen enthält schöne Diagramme zum Starten und Herunterfahren.

Es ist ein bisschen mehr los, als in diesem Diagramm gezeigt wird, wie z. B. das Ein- und Ausschalten der Funkenzünder und die Hauptmotorsteuerung, die ihre Startsequenz schrittweise durchläuft und Parameter überprüft, um sicherzustellen, dass der Start normal verläuft, aber diese Bilder geben ein sehr gutes Bild ab Gesamtansicht beim Starten und Herunterfahren.

Einige Worte zur Erklärung (Details finden Sie unter dem Link)

  • CCV ist das Kühlmittelventil der Kammer, das Wasserstoff durch die Kühlkreisläufe der Düse leitet.
  • MOV ist Main Oxidizer Valve, im Grunde nur eine Absperrung.
  • MFV ist Hauptkraftstoffventil, dito.
  • OPOV ist das Oxidizer Preburner Oxidizer Valve, dieses Ventil wird durch den Regelkreis des Kammerdrucks (auch bekannt als Schub) gesteuert. Es steuert die Sauerstoffmenge, die in den Oxidationsvorbrenner eintritt, und damit die Menge an O2, die von der Hochdruck-Ox-Turbopumpe gepumpt wird.
  • FPOV ist das Fuel Preburner Oxidizer Valve, dieses Ventil wird durch den Regelkreis für das Mischungsverhältnis gesteuert. Es regelt die Sauerstoffmenge, die in den Kraftstoff-Vorbrenner eintritt, und damit die H2-Menge, die von der Hochdruck-Kraftstoff-Turbopumpe gepumpt wird.

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Die Oxidationsmittel- und Brennstoffströmungsschemata bereiteten mir Kopfschmerzen. Ich meine, das Oxidationsmittel verlässt die Hochdruckpumpe, um direkt zurück zur Niederdruckpumpe geleitet zu werden ... das Schema lässt den Anschein erwecken, als würde Gas direkt aus der Hauptbrennkammer entnommen, um die Niederdruckpumpe für flüssigen Kraftstoff anzutreiben (eigentlich ist es das aus dem Kühlmittelkreislauf gezapft)... - macht alles Sinn, aber es ist eine Sauerei, die den Verstand belastet.
Ja, wir haben immer über das glückliche lo2-Molekül gesprochen, das diesen Schaltkreis bis in die Umlaufbahn bringen könnte ....\

Betrachtet man die Haupttriebwerke des Space Shuttles als Beispiel und baut auf der Antwort von Organic Marble auf, führen die Startphasen zu einigen vorübergehenden Effekten, während Kraftstoff und Oxidationsmittel gemischt werden, während Schub aufgebaut und eine stationäre Strömung aus der Düse entwickelt wird. Sie werden oft unverbrannten Wasserstoff und Sauerstoffwolken sehen, wenn das Mischen stattfindet und sich die anfängliche Flamme aufbaut. Obwohl es sehr schnell passiert, dauert es noch einige Zeit, bis sich der Fluss in einen stationären Zustand entwickelt hat, sodass eine Reihe verschiedener Phänomene auftreten, wie z. B. Schockkegel und Plasma.

Dieses Video zum Gedenken an das Space Shuttle aus technischer Sicht enthält wahrscheinlich das beste verfügbare Filmmaterial vom Start der SSME. Der Kommentar geht nicht ins Detail bezüglich der verschiedenen Phasen, aber sie liefern einige Informationen darüber, was Sie sehen.

Was sind die Phasen der Zündung (und des Flammenausfalls) eines Flüssigbrennstoffmotors?
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