Rocket Engine Plumbing: Verstehe immer noch nicht den Full Flow Staged Combustion Cycle

Ich habe gerade dieses unglaubliche Video KSP Doesn't Teach: Rocket Engine Plumbing gefunden und es ein paar Mal durchgesehen. Es ist sehr hilfreich, da es zuerst die verschiedenen Probleme skizziert und dann die Designs entwirft, die sich damit befassen.

Bei einem Vollstrom- Motor mit gestuftem Verbrennungszyklus gibt es zwei Brennkammern, die zwei Turbinen antreiben; einer zum Antrieb der Kraftstoffpumpe und der andere zum Antrieb der Oxidationsmittelpumpe. Diese „Zweiwellen“-Lösung löst Probleme, die durch undichte Dichtungen verursacht werden können, wie im Video erklärt.

Wenn ich das richtig verstehe, werden diese Brennkammern entweder brennstoffreich oder oxidatorreich betrieben, damit sie genug Leistung liefern können, ohne so heiß zu werden, dass die Turbine damit nicht umgehen könnte. Indem es auf beiden Seiten der optimalen Mischung läuft, dehnt sich das ungenutzte Gas immer noch aus und erzeugt Strom, indem es einen Teil der von den reagierten Gasen erzeugten Wärme absorbiert. Und da das System geschlossen ist, wird es später trotzdem verwendet.

Aber ich habe immer noch Probleme, dieses Diagramm zu verstehen. Wenn Oxidationsmittel und Brennstoff beide kryogen sind, warum wird dann nur der Brennstoff vorgewärmt? Und gibt es zusätzliche Treibmittelzuführungen von den Pumpen zur Hauptbrennkammer oder gelangt das GESAMTE Treibmittel über die Turbinen in Form von unvollständig verbranntem Abgas aus den beiden kleineren Brennkammern?

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Rechtfertigt das Problem mit undichten Dichtungen wirklich einen zusätzlichen Vorbrenner und all die Mühe, heißes, korrosives, sauerstoffreiches Gas zu leiten? Sicherlich ist es einfacher, ein super gutes Siegel zu entwerfen, oder?
@ user3596218 das ist eine interessante Frage - warum nicht als separate Frage posten? Das erleichtert es jemandem, es zu finden und dann eine Antwort zu schreiben. Ein Kommentar hier wird wahrscheinlich nicht auffallen.

Antworten (1)

1) Wenn Oxidationsmittel und Brennstoff beide kryogen sind, warum wird dann nur der Brennstoff vorgewärmt?

Ich nehme an, du meinst das H2, das durch die Düse strömt? Du hast es ein bisschen rückwärts. Dies dient zum Kühlen der Düse, nicht zum Erhitzen des Wasserstoffs (obwohl natürlich beides vorkommt) und H2 ist ein hervorragendes Wärmeübertragungsmittel .

2) Gibt es zusätzliche Treibmittelzuführungen von den Pumpen zur Hauptbrennkammer, oder gelangt das GESAMTE Treibmittel über die Turbinen in Form von unvollständig verbranntem Abgas aus den beiden kleineren Brennkammern?

Der springende Punkt des gestuften Verbrennungszyklus ist, dass das gesamte Treibmittel durch die Düse austritt, so dass Sie von allem einen effizienten Schub erhalten. In dem Schema, das Sie zeigen, ist ein "Full Flow" -Stufen-Verbrennungsmotor, alle Treibmittel strömen durch die Turbinen.

Das Haupttriebwerk des Space Shuttles war trotz gestufter Verbrennung nicht voll durchströmt, da ein Großteil des O2 in die Hauptbrennkammer eindrang, ohne die Turbinen zu passieren. Sie hatten genug Probleme, ohne sich mit dem O2-reichen Turbinengas auseinanderzusetzen.

Aha! Das ist es also, was "Full Flow" hier anzeigt - der gesamte Treibstoff des Motors fließt durch den einen oder anderen Satz Turbine + Brennkammer, bevor er in die Hauptbrennkammer eintritt. Jetzt, wo ich wirklich genau hinschaue, kann ich sehen, dass auf jedem dieser Steuerventile eine dicke Linie und eine dünne Linie sind. Aber die dicke Linie ist so kurz, dass man sie kaum sieht, wenn man nicht weiß, dass sie da ist. Vielen Dank!
Ja das ist richtig. Der Hauptmotor des Space Shuttles hatte auch 2 Vorbrenner, aber beide waren H2-reich. Der überwiegende Teil des H2 ging durch sie hindurch, aber der überwiegende Teil des O2 wurde direkt in die Hauptbrennkammer geleitet. Also nicht "Vollgas".
Ich habs! (Die gepunkteten Linien in diesem abgeschnittenen Teil zeigen auf den Fluss der meisten Treibmittel: i.stack.imgur.com/0beFf.png (behoben)
Ich stimme Ihren Bildanmerkungen zu! Die dünnen Linien zeigen Prop, das im Vorbrenner des anderen Fluids vollständig verbrannt werden soll. Ich denke, sie versuchen dies auch zu zeigen, indem sie nur die dicken Linien durch die Vorbrenner laufen lassen.
Noch ein großer Fehler: "in Form von unvollständig verbranntem Auspuff" - absolut nicht. Die Vorbrenner mischen die Stoffe in sehr weit vom Stöchiometrischen entfernten Verhältnissen, sodass dort nur ein kleiner Teil verbrennt. Aber die erzeugte Wärme reicht aus, um den Rest zu verdampfen, also tritt Kryoflüssigkeit ein, heißes Gas (mit etwas Wasserdampf, der von der teilweisen Verbrennung übrig bleibt) tritt aus.
@SF. Ich glaube, ich verstehe, was du meinst. Wenn ich "unvollständig verbrannter Auspuff" sage, hört es sich an, als hätte er noch mehr verbrannt. Tatsächlich hat es meistens so viel wie möglich verbrannt, aber es gibt eine überwältigende Menge entweder des einen oder des anderen Treibmittels als "Reste" für die Brennkammer des Hauptmotors zum Abendessen. Vielen Dank!
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