¿Cuáles son las fases de encendido (y apagado) de un motor de combustible líquido?

Como observé el encendido de varios motores de cohetes ( Transbordador , AMDE , Lynx Suborbital , Saturno V ), todos pasan por un par de fases: emiten varios vapores, llamas desenfocadas, etc., antes de que aparezca la llama adecuada de "empuje completo" - a veces vienen más lento , a veces más rápido (en el caso de Bantam , es casi instantáneo).

¿Cuáles son estas fases? ¿Qué estoy observando? ¿Alguien podría describir paso a paso cuáles son las fases entre la cuenta regresiva "cero" y el encendido del motor a toda velocidad? Y a la inversa (como en el caso de AMDE), ¿cuáles son las fases de apagado del motor?

Para SSME, parte de esa "llama desenfocada" se debe al inicio rico en h2. Puede ver en la sincronización de válvulas de los gráficos que publiqué que tienen cuidado de no ser ricos en O2: las válvulas de combustible se abren primero y se cierran al final. También para SSME, en realidad comenzaron unos 5 segundos antes de la "cuenta regresiva cero", por lo que se verificó que se estaban ejecutando en el escenario principal antes de que los SRB se encendieran en T0.
Tenga en cuenta que las respuestas dadas se centran en el SSME, que tuvo una secuencia de puesta en marcha notoriamente delicada. Muchos otros motores pueden ser más simples y diferentes propulsores, ciclos de combustión y métodos de encendido afectarán la secuencia de arranque del motor.

Respuestas (3)

Muy tarde para la fiesta en este caso, pero encontré una descripción muy, muy, muy detallada del inicio de SSME aquí (PDF).

Básicamente, todo el sistema se pone en marcha cuando se abre la válvula de combustible principal y se permite que LH2 entre en los sistemas de enfriamiento de la boquilla y la cámara de combustión principal, que no están aislados. El calentamiento ambiental del LH2 hace que se expanda, lo que genera la presión de entrada para los prequemadores y también hace funcionar la bomba de combustible de baja presión. Después de eso, el sistema oxidante debe cebarse en la secuencia adecuada, que se programa cuidadosamente para sincronizar con fluctuaciones de presión salvajes de 2 Hz en el sistema de combustible, causadas por el LH2 calentado que se esfuerza mucho por fluir hacia atrás en la salida de la bomba.

Si se aplica demasiada contrapresión en la salida de la bomba de combustible, la resistencia añadida al eje de la bomba/turbina hace que explote el prequemador. Obtenga muy poca contrapresión y la bomba girará en exceso y se romperá en pedazos. Todo el asunto es... complicado .

Mi fuente abierta para obtener información de SSME tiene buenos gráficos para el inicio y el apagado.

Están sucediendo un poco más de lo que se muestra en este diagrama, como los encendedores de chispa que se encienden y apagan, y el controlador principal del motor avanza paso a paso a través de su secuencia de arranque, verificando los parámetros para asegurarse de que el arranque progresa normalmente, pero estas imágenes dan una muy buena mirada general al inicio y apagado.

Algunas palabras de explicación (consulte el enlace para más detalles)

  • CCV es la válvula de refrigeración de la cámara, dirige el hidrógeno a través de los circuitos de refrigeración de la boquilla.
  • MOV es la válvula principal del oxidante, básicamente solo un cierre.
  • MFV es Válvula de combustible principal, ídem.
  • OPOV es la válvula de oxidación del prequemador del oxidante, esta válvula está controlada por el circuito de control de presión de la cámara (también conocido como empuje). Controla la cantidad de oxígeno que ingresa al prequemador del oxidante y, por lo tanto, la cantidad de O2 bombeada por la turbobomba de oxígeno de alta presión.
  • FPOV es la válvula oxidante del prequemador de combustible, esta válvula está controlada por el bucle de control de relación de mezcla. Controla la cantidad de oxígeno que ingresa al prequemador de combustible y, por lo tanto, la cantidad de H2 bombeada por la turbobomba de combustible de alta presión.

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Los esquemas de flujo de comburente y combustible me dieron dolor de cabeza. Quiero decir, el oxidante sale de la bomba de alta presión solo para ser dirigido de regreso a la bomba de baja presión ... el esquema hace que parezca que el gas se extrae directamente de la cámara de combustión principal para alimentar la bomba de baja presión de combustible líquido (en realidad es extraído del circuito de refrigeración)... - todo tiene sentido, pero es un desastre que es duro para la cordura.
Sí, solíamos hablar sobre la molécula lo2 de la suerte que podría hacer que ese circuito llegara a la órbita....\

Teniendo en cuenta los motores principales del transbordador espacial como ejemplo y basándose en la respuesta de Organic Marble, las fases de arranque equivalen a algunos efectos transitorios mientras se mezcla el combustible y el oxidante mientras se acumula empuje y se desarrolla un flujo de estado estable que sale de la boquilla. A menudo verá hidrógeno sin quemar y nubes de oxígeno a medida que se produce la mezcla y se acumula la llama inicial. Aunque sucede muy rápido, aún lleva algún tiempo desarrollar el flujo hasta un estado estable, por lo que se producen muchos fenómenos diferentes, como conos de choque y plasma.

Este video que conmemora el transbordador espacial desde una perspectiva de ingeniería tiene probablemente el mejor metraje disponible de la puesta en marcha del SSME. El comentario no entra en detalles sobre las distintas fases, pero proporciona información sobre lo que está viendo.

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