A "Cycle with a phase transformation" ( CFP , eng. Expander cycle ) egy folyékony rakétamotor (LRE) generátor nélküli működési sémája , amelyet az üzemanyagciklus hatékonyságának növelésére terveztek. A CFP - sémában a tüzelőanyagot elégetése előtt felmelegítik, általában a fő égéskamra hőveszteségének azt a részét használják fel, amely a kamra falainak melegítésére megy át, és fázisátalakuláson megy keresztül . Az üzemanyag gázzá alakításával kapott nyomáskülönbséget a tüzelőanyag-alkatrészek ellátására, az égéstérben a nyomás fenntartására és a tolóerő létrehozására használják .
A folyékony tüzelőanyag a falakban lévő hűtőcsöveken áthaladva a nyomás növekedésével fázisváltozáson megy keresztül gáz halmazállapotúvá. A gáz-halmazállapotú tüzelőanyag a turbinán keresztül kitágul, a betáplálási nyomás és a hűtőkör áthaladása utáni nyomás közötti nyomáskülönbség felhasználásával elindítja a turbószivattyú forgását . Ez javítja az indítási teljesítményt, amelyet az RL-10 rakétahajtóműben ( Pratt & Whitney ) használnak. Az üzemanyag gázhalmazállapota miatt megnövekedett nyomást a turbina meghajtására használják , ami viszont meghajtja az üzemanyag- és oxidálószer-szivattyúkat, növelve az üzemanyag és az oxidálószer nyomását, amikor azok belépnek az égéstérbe . Az üzemanyag a turbina áthaladása után jut be a kamrába, ahol az oxidálószerrel együtt ég, és tolóerőt hoz létre az űrhajó számára .
Egyes fázisváltós ciklusú motorok gázgenerátort használhatnak a motorturbina beindítására, amíg az égéstérből és a fúvókákból származó hőbevitel elegendő a motor működéséhez.
Az üzemanyag fázisátalakulásának szükségessége miatt az ilyen típusú LRE működési ciklust a motor által működés közben termelt "parazita" hő mennyisége korlátozza, ami általában változatlanul korlátozza a motor teljesítményét ezzel a sémával. A normál fúvóka használatakor[ mi? ] alakú, felülete nem elegendő ahhoz, hogy elegendő mennyiségű tüzelőanyagot felmelegítsen, amely meghajthatná a turbinákat és ennek következtében az üzemanyag-szivattyúkat. A harang alakú fúvókával rendelkező motorok esetében a maximális tolóerő, amelyet egy fázisváltási ciklus tud biztosítani, 31 tf (300 kN ). Részben ezzel a ciklussal nagyobb tolóerő érhető el, amelyben a tüzelőanyag egy része a turbinával együtt halad át a fázisváltó (hűtés) rendszeren, és közvetlenül az égéstérbe kerül.
Ennek az LRE -sémának a szélesebb körű felhasználását az alternatív kúpos fúvókák teszik lehetővé . Ebben az esetben a motor kipufogósugara hatékonyan összenyomódik egy keskenyebb sugárban egy központi ék alakú kiemelkedés (aerospike ) körül , amely több szórt hőt és ezáltal nagyobb tolóerőt tud biztosítani a változatlan fázisváltási ciklus mellett. Kriogén tüzelőanyagokat is kell használni , például folyékony hidrogént , metánt vagy propánt , amelyek forráspontja és az aggregáció gázállapotba való átmenete könnyen elérhető .
A gázmentes rendszer fázisátalakítóval és a generátorgáz utóégetésével azonos hatásfok körülbelül 9,1 tf tolóerő mellett ;
A fázisváltással járó "nyitott" vagy "ürítési" ciklusban az üzemanyagnak csak egy részét melegítik fel a turbina meghajtására, majd eldobják a generátor hatékonyságának növelése érdekében. Ebben az esetben a turbina teljesítményének növekedése a motor hatásfokának csökkenéséhez vezet (alacsonyabb fajlagos impulzus ). A zárt ciklus termelőgázt - jelen esetben tüzelőanyagot - használ fel egy égéstérben (lásd az ábrát).
Ebben a módosított ciklusban a fűtött "generátor" tüzelőanyag használata helyett az égéstérben leöntik, ami lehetővé teszi az üzemanyag-szivattyúk maximalizálását a turbinában lévő nagyobb nyomáskülönbség kihasználásával. Ez kis mennyiségű üzemanyagot használ. Ez a rendszer lehetővé teszi a motor tolóerejének növelését a hatékonyság csökkentésével. Azonban bizonyos esetekben - mint például a japán LE-5A / B rakétahajtómű esetében - a hatékonyság csökkenése nem olyan jelentős a tolóerő növekedéséhez képest.
A fázisátmeneti ciklussal rendelkező LRE séma számos előnnyel rendelkezik a többihez képest:
A fázisváltó ciklusú LRE példái az RL-10 és RL-60 , a Pratt & Whitney [2] és a tervezett Vinci LRE az Ariane 5 ESC-B hordozórakétára [3].
Ismert példák az LRE séma használatára fázisátmeneti ciklussal:
Fázisátmeneti ciklussal rendelkező LRE -t használtak vagy terveznek használni:
| RL-10 | Vinci | YF-75D | RD-0146 | LE-5A | LE-5B | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Ország | USA | Franciaország | Kína | Oroszország | Japán | Japán |
| Ciklus | fázisátmenettel | fázisátmenettel | fázisátmenettel | fázisátmenettel | Fázisváltással (a fúvókában) nyissa ki | Fázisátmenettel (CS-ben), nyitott |
| Tolóerő vákuumban, kN | 66.7 | 180 | 88.26 | 98.1 | 121,5 | 137.2 |
| Összetevők aránya | 5,8:1 | 6:1 | 6:1 | 5:1 | 5:1 | |
| Fúvóka hosszabbító | 40 | 80 | 130 | 110 | ||
| I sp (vac.) | 433 | 465 | 442 | 463 | 452 | 447 |
| Nyomás CS-ben, MPa | 2.35 | 6.1 | 7.74 | 3.98 | 3.58 | |
| A szivattyú forgási sebessége H 2 , rpm. | 125 000 | 51.000 | 52.000 | |||
| A szivattyú forgási sebessége O 2 , rpm. | 17.000 | 18'000 | ||||
| Magasság, m | 1.73 | 2,2–4,2 | 2.2 | 2.69 | 2.79 | |
| Súly, kg | 135 | 280 | 242 | 248 | 285 |
| Motorok | |||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor | |||||||||||||||||