Could bypass air används för att kyla en raketmotor som i turbofans?

6

Rakettmotorer använder vanligtvis en kyljacka av olika slag, vanligen dubbelt avsedda bränslet som ett flytande kylmedel innan det strömmar in i injektorerna.

Här är ett exempel turbojet med en bypass. Som du kan se är bypassluften mycket kylare i temperatur än luftförbränningskammaren:


Källa

Varför finns det inga konstruktioner som använder en bypass (liknande en turbojet) för att kyla motorn / munstycket? Självklart när raketen har släppt ut i atmosfären skulle en bypass vara liten. Men vanligtvis vid det steget i en raket har dragkraften minskat kraftigt och därigenom genererat värme.

Skulle inte ett bypass-kylsystem göra en raketmotor lite mindre komplex (speciellt för första etappen)?

    
uppsättning SnakeDoc 16.10.2015 22:28

4 svar

11

Luftkylning kommer inte att bidra mycket här.

Shuttle-motorerna kyldes av flytande väte (-253 ° C) från bränsletillförseln som pumpades upp kylkanaler inuti munstycket. Typisk munstyckstemperatur i drift var omkring 54 ° C. Ja, femtiofem Celsius. (BBC Engineering Connections - se det här Youtube-klippet )

Topphastigheten hos SR-71 (omkring Mach 3.2) var begränsad av temperaturen hos luften som anlände till motorerna, som efter komprimering i inloppskanalerna nått temperaturer runt 400 ° C. ( Wikipedia: SR-71 )

Pendeln passerar Mach 4 ungefär 2 minuter efter start.

    
svaret ges 17.10.2015 00:15
7

Praktiskt taget alla jetmotorer använder en teknik som är mycket lik den teknik du föreslår: Insidan av förbränningskammaren, turbinerna och avgaserna (och efterbrännaren, om motorn har en) samt turbinblad och statorer , är täckta med små hål. Kylluft tvingas genom dessa hål och bildar ett gränslag mellan metallen och de super heta gaserna.

Temperaturen för bränsle / luft i en jetmotor ligger långt över smältpunkten för metallerna som används för att bygga dessa komponenter, varför det är nödvändigt. Faktum är att gasens temperatur överstiger temperaturen förångning av ett antal metaller.

Var kommer denna kylluft från? Den kommer från motorns kompressor. Anledningen till omloppsluft används inte, eftersom den ligger vid ett lägre tryck än insidan av kärnan i motorn, så de heta gaserna skulle gå ut genom hålen mot bypasskanalen. I detta fall är gränsskiktet tillverkat av varm gas istället för kallgas, vilket förstör motorn.

För att få luft av tillräckligt tryck, är luften "utblåst" ur kompressorn vid punkter där trycket är tillräckligt högt för att ge tillräckligt flöde (i rätt riktning!) till de delar av motorn som behöver det. Denna kylningsmetod är så effektiv att komponenterna i en jetmotor som behöver tåla mest värme är kompressorns högsta tryck, eftersom (a) luften värmer upp när du komprimerar den och (b) du kan " t använda samma coola gränsskiktsteknik i kompressorn eftersom du behöver högre tryckluft än den heta luften från vilken du försöker skydda komponenten och komponenten ingår i kompressorns högtrycksdel.

Här är en bild av en jetutloppsfläns, med kylhål klart synliga:

På en raketmotor kan du eventuellt kyla den med komprimerad atmosfärisk luft, men det skulle öka vikt och komplexitet och skulle bara fungera i de lägre lagren i atmosfären där det finns tillräckligt med luftdensitet till tillhandahålla en tillräcklig massflödeshastighet för att absorbera värmen. Eftersom, som du nämnde, bränsle (eller potentiellt oxidationsmedel) kan användas för att effektivt kyla motorn för en mycket lägre belastning i vikt och större frihet i arbetsmiljön, det har varit det självklara valet för de flesta högpresterande flytande eldrivna raketer.

    
svaret ges 26.07.2018 01:34
6

Den luftförstärkta raketen använder luft från freestreamen för att ge extra drivkraft (och potentiellt) kyla motorn. Två av de viktigaste frågorna med att försöka lägga till "extra" luft i raketströmmen är: dra över raketkroppen (ganska mycket den främsta) och störning av högtemperaturflödet (speciellt om du försöker introducera luft någonstans runt munstycket).

    
svaret ges 16.10.2015 22:38
2

Två huvudorsaker: För det första drivs raketerna på en förebyggande nivå av kraft - bränsle- och oxidationspumparna ensamma på rymdfärjan har en kombinerad axelkraft större än en GE90 turbofan - så du skulle verkligen kämpa för att få tillräckligt med luftflöde, flytande väte är en mycket bättre kylfläns, särskilt i de kvantiteter de använder.

För det andra är de flesta raketer byggda med avsikt att gå till rymden, där det inte fanns någon kylluft alls, så som du blev högre och luften blev tunnare, skulle din luftkyld raket snabbt överhettas.

    
svaret ges 14.04.2017 11:57