Wie spritzen Expander-Cycle-Motoren während des Startvorgangs flüssigen Kraftstoff ein?

Mein Verständnis ist, dass das H2 in einem Expansionszyklusmotor durch die Wärme aus der Brennkammer und der Düsenwand verdampft wird. Damit wird eine Turbine angetrieben und dann in der Gasphase in die Brennkammer eingespritzt.

Meine Frage ist, wie der Start und das Injektordesign davon beeinflusst werden, dass der Motor während des Starts nicht heiß genug ist, um den Kraftstoff zu verdampfen.

Sind die Einspritzdüsen nur so ausgelegt, dass sie Flüssigkeit mit ausreichender Effizienz einspritzen können, um den Motor heiß zu machen?

Ist die Kammer irgendwie vorgeheizt? Mein Verständnis ist, dass Raketentriebwerke normalerweise vor der Zündung vorgekühlt werden.

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Der klassische Expansionszyklusmotor, der RL-10, startet wie folgt:

Der RL-10-Motor startet, indem er die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstofftank und dem Düsenausgang (oberer atmosphärischer Druck) und die im Metall der Kühlmantelwände gespeicherte Umgebungswärme nutzt. Der Motor „bootstrapt“ innerhalb von zwei Sekunden nach der Zündung auf Vollschub.

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Ein typisches Diagramm der Ventilbewegung während des Motorstarts ist in Abbildung 2 dargestellt. Um den Start einzuleiten, wird das FSOV geöffnet und das Abkühlventil der Kraftstoffpumpe (FCV-2) geschlossen. Das Zwischenstufen-Abkühlventil (FCV -1) bleibt teilweise geöffnet, um ein Abwürgen der Kraftstoffpumpe beim Beschleunigen des Motors zu vermeiden. Der Druckabfall zwischen dem Kraftstoffeinlass und der Brennkammer treibt Kraftstoff durch den Kühlmantel und nimmt Wärme von dem warmen Metall auf. Dieser Druckunterschied treibt auch das erhitzte Fluid durch die Turbine, wodurch die Rotation der Pumpen gestartet wird, die mehr Treibmittel in das System treiben. Beim Start schließt auch das OCV teilweise, wodurch der Sauerstoffstrom in die Brennkammer eingeschränkt wird. Dies wird durchgeführt, um den Kammerdruck zu begrenzen und eine Vorwärtsdruckdifferenz über die Brennstoffturbine nach dem Zünden der Schubkammer sicherzustellen.

Wenn die Turbopumpen beschleunigen, wird der Pneumatikdruck des Motors verwendet, um das Zwischenstufen-Kühlventil vollständig zu schließen und das OCV bei voreingestellten Kraftstoff- und LOX-Pumpenauslassdrücken zu öffnen. Das OCV öffnet typischerweise sehr schnell und die resultierende Sauerstoffflut in den Brennraum verursacht einen starken Anstieg der Systemdrücke. Während dieses Zeitraums des schnellen Druckanstiegs wird das Schubsteuerventil (TCV) geöffnet, das durch einen pneumatischen Führungs-Verzögerungs-Kreis geregelt wird, um das Überschwingen des Schubs zu steuern. Der Motor stellt sich dann auf seinen normalen stationären Betriebspunkt ein.

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Quelle : TRANSIENT-SIMULATION DES RAKETENMOTORS RL-10A-3-3A

Vielen Dank für die Erklärung. Ich brauche eine Klarstellung. Der Motorkörper hat vor dem Start Umgebungstemperatur (20°C+ wahrscheinlich)? Diese Temperatur reicht aus, um den Wasserstoff zu verdampfen? Ich gehe davon aus, dass die thermische Masse des Motors ausreicht, um die Verdampfung für die Dauer vor der Zündung aufrechtzuerhalten?
Das ist viel heißer als flüssiger Wasserstoff.
Entschuldigung, ich habe die Eingabetaste gedrückt, bevor ich fertig war. Ja, ich habe mich nur gefragt, weil Wasserstoff eine enorme spezifische Wärme hat. Ich nahm an, dass es das Metall schnell genug abkühlen würde, dass die Verdampfung vernachlässigbar wäre. Ich glaube, meine Vermutung war falsch.
An welchem ​​​​Punkt in der von Ihnen bereitgestellten Grafik tritt die Zündung auf? Ich nehme an, um T + 1,6 bis T + 1,7?
Es dauert nur 2 Sekunden, um zu starten, danach erzeugt es viel Wärme.
Sie sind genau richtig in Bezug auf die Zeit. Wenn Sie sich Seite 8 in der Referenz ansehen, gibt es ein Diagramm des Kammerdrucks - es springt um etwa 1,75 Sekunden nach oben, also ist das wahrscheinlich eine Zündung.
Wie spritzen Expander-Cycle-Motoren während des Startvorgangs flüssigen Kraftstoff ein?
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