Der Expander-Zyklus ist ein Macht-Zyklus eines bipropellant Raketentriebwerks, das beabsichtigt ist, um die Leistungsfähigkeit der Kraftstoffübergabe zu verbessern.

In einem Expander-Zyklus wird der Brennstoff geheizt, bevor es combusted gewöhnlich mit der überflüssigen Hitze vom Hauptverbrennungsraum ist. Da der flüssige Brennstoff Kühlmittel-Durchgänge in den Wänden des Verbrennungsraums durchführt, erlebt er eine Phase-Änderung in einen gasartigen Staat. Der Brennstoff im gasartigen Staat breitet sich durch eine Turbine mit dem Druck-Differenzial vom Versorgungsdruck bis den umgebenden Auspuffdruck aus, um turbopump Folge zu beginnen. Das kann einer Stiefelstrippe Startfähigkeit zur Verfügung stellen, wie auf dem Motor von Pratt & Whitney RL10 verwendet wird. Diese Stiefelstrippe-Macht wird verwendet, um Turbinen zu steuern, die den Brennstoff und die Oxydationsmittel-Pumpen steuern, die den vorantreibenden Druck und die Flüsse zum Raketentriebwerk-Stoß-Raum vergrößern. Nach dem Verlassen der Turbine (N) wird der Brennstoff dann mit dem Oxydationsmittel in den Verbrennungsraum eingespritzt und verbrannt, um Stoß für das Fahrzeug zu erzeugen.

Wegen der notwendigen Phase-Änderung wird der Expander-Zyklus beschränkt durch die Quadratwürfel-Regel gestoßen. Als die Größe einer glockenförmigen Schnauze mit der Erhöhung des Stoßes, die Schnauze-Fläche zunimmt (von dem Hitze herausgezogen werden kann, um den Brennstoff auszubreiten), Zunahmen als das Quadrat des Radius. Jedoch, das Volumen des Brennstoffs, der Zunahmen als der Würfel des Radius geheizt werden muss. So dort besteht eine maximale Motorgröße von etwa 300 kN des Stoßes, außer dem es nicht mehr genug Schnauze-Gebiet gibt, um genug Brennstoff zu heizen, um die Turbinen und folglich die Kraftstoffpumpen zu steuern. Höher können Stoß-Niveaus mit einem Umleitungsexpander-Zyklus erreicht werden, wo ein Teil des Brennstoffs die Turbine und oder Stoß-Raum-Abkühlen-Durchgänge umgeht und direkt zum Hauptraum-Injektor geht. Motoren von Aerospike leiden unter denselben Beschränkungen nicht, weil die geradlinige Gestalt des Motors dem Quadratwürfel-Gesetz nicht unterworfen ist. Als die Breite der Motorzunahmen nimmt sowohl das Volumen des Brennstoffs, der zu heizen ist als auch die verfügbare Thermalenergie, geradlinig zu, willkürlich breiten Motoren erlaubend, gebaut zu werden. Alle Expander-Zyklus-Motoren müssen einen kälteerzeugenden Brennstoff wie Wasserstoff, Methan oder Propan verwenden, die leicht ihre Siedepunkte erreichen.

Ein Expander-Zyklus-Motor kann einen Gasgenerator von einer Art verwenden, um die Turbine anzufangen und den Motor zu führen, bis die Hitze vom Stoß-Raum und den Schnauze-Rock-Zunahmen eingegeben hat, weil sich der Raum-Druck entwickelt.

In einem offenen Zyklus, oder "zapfen" Expander-Zyklus "ab", nur etwas vom Brennstoff wird geheizt, um die Turbinen zu steuern, der dann zur Atmosphäre abreagiert wird, um Turbinenleistungsfähigkeit zu vergrößern. Während das Macht-Produktion vergrößert, führt der abgeladene Brennstoff zu einer Abnahme in der vorantreibenden Leistungsfähigkeit (senken Sie spezifischen Motorimpuls). Ein geschlossener Zyklus-Expander-Motor sendet das Turbinenauslassventil an den Verbrennungsraum (sieh Image am Recht.)

Expander zapft Zyklus (offener Zyklus) ab

Dieser betriebliche Zyklus ist eine Modifizierung des traditionellen Expander-Zyklus. Im Abzapfen (oder offen) hat Zyklus, statt der Routenplanung Treibgas durch die Turbine und das Zurücksenden davon geheizt, um combusted zu sein, nur ein kleine Teil des Treibgases wird geheizt und verwendet, um die Turbine zu steuern, und wird dann abgezapft von, über Bord abreagiert, ohne den Verbrennungsraum durchzugehen. Die Blutung vom Turbinenauslassventil berücksichtigt eine höhere turbopump Produktion durch das Verringern backpressure und die Maximierung vom Druck-Fall durch die Turbine. Im Vergleich zu einem Standardexpander-Zyklus führt das zu höherem Motorstoß auf Kosten des Opferns etwas Leistungsfähigkeit wegen des notwendigen Vergeudens vom abgezapften Treibgas durch nicht combusting es. Jedoch, in einigen Fällen, wie die Japaner LE-5A/B, können die Stoß-Leistungszunahmen vor der absoluten Leistungsfähigkeit den Vortritt haben.

Vorteile

Der Expander-Zyklus hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Designs:

• Niedrige Temperatur. Der Vorteil besteht darin, dass, nachdem sie gasartig geworden sind, die Brennstoffe gewöhnlich nahe Raumtemperatur sind, und sehr wenig oder keinen Schaden durch die Turbine anrichten, dem Motor erlaubend, wiederverwendbar zu sein. Im Kontrastgasgenerator oder den Inszenierten Verbrennungsmotoren bedienen ihre Turbinen bei der hohen Temperatur.
• Toleranz. Während der Entwicklung der RL10 Ingenieure wurden beunruhigt, dass innerhalb der Zisterne bestiegener Isolierungsschaum abbrechen und den Motor beschädigen könnte. Sie haben das geprüft, indem sie losen Schaum in einem Kraftstofftank gestellt haben und ihn durch den Motor geführt haben. Der RL10 hat es ohne Probleme oder erkennbare Degradierung in der Leistung ausgeschimpft. Herkömmliche Gasgeneratoren sind in Praxis-Miniaturraketentriebwerken mit der ganzen Kompliziertheit, die einbezieht. Das Blockieren sogar eines kleinen Teils eines Gasgenerators kann zu einem Krisenherd führen, der gewaltsamen Verlust des Motors verursachen kann. Mit der Motorglocke weil macht ein 'Gasgenerator' es auch sehr tolerant der Kraftstoffverunreinigung wegen der breiteren verwendeten Kraftstofffluss-Kanäle.
• Innewohnende Sicherheit. Weil ein Glockentyp-Motor des Expander-Zyklus beschränkt gestoßen wird, kann er leicht entworfen werden, um seinen maximalen Stoß-Bedingungen zu widerstehen. In anderen Motortypen können eine durchstochene Kraftstoffklappe oder ähnliches Problem zu Motorstoß führen, der aus der Kontrolle wegen unbeabsichtigter Feed-Back-Systeme schnell wächst. Andere Motortypen verlangen, dass komplizierte mechanische oder elektronische Kontrolleure sicherstellen, dass das nicht geschieht. Expander-Zyklen sind durch das des Störens dieses Weges unfähige Design.

Einige Beispiele eines Expander-Zyklus-Motors sind Pratt & Whitney RL10 und RL60 und der Motor von Vinci für die Zukunft Ariane 5 ICH

Gebrauch

Expander-Zyklus-Motoren schließen den folgenden ein:

• Pratt & Whitney RL10
• Pratt & Whitney RL60
• Vinci

Expander Verblutet Zyklus-Motoren schließen den folgenden ein:

• LE-5A / 5B

Expander-Zyklus-Motoren sind verwendet worden in:

• Kentaur obere Bühne
• Gleichstrom-X hat geplant, die erste Einzelne Bühne zur Bahn-Technologiedemonstrationsrakete zu sein. vollendet 12 Probeflüge vor der Zerstörung des einzigen Flugfahrzeugs bei einem Unfall.
• Ariane 5 obere Bühne
• Saturn I

Expander Verblutet Zyklus-Motoren sind verwendet worden in:

• H-II die Zweite Bühne
• H-IIA die Zweite Bühne
• H-IIB die Zweite Bühne

Siehe auch

• Gasgenerator-Zyklus
• Inszenierter Verbrennen-Zyklus
• Druck-gefütterter Zyklus

Links

• Rakete-Macht-Zyklen