Ventaja de la combustión por etapas de flujo completo frente al motor de combustión por etapas convencional

Refiriéndose a la pregunta de este hilo .

¿Cuál es la ventaja de la combustión por etapas de flujo total (FFSC) frente al motor de cohete de combustión por etapas convencional?

En FFSC, alimentamos el volumen completo de combustible y oxidante a través de las tuberías del prequemador y las turbinas de la bomba, lo que provoca pérdidas por fricción del fluido. Además, la plomería simplemente tiene que ser más grande y más pesada, lo que provoca una pérdida de rendimiento. ¿Por qué es una buena elección de diseño?

Creo que lo que está preguntando es, ¿cómo es un FFSC como el Raptor mejor que los motores de combustión por etapas "ordinarios" como el RS-25? ¿Tengo razón en que esto está inspirado en el video de Scott Manley sobre la presentación del Raptor de tamaño completo ? De hecho, tenía la misma pregunta allí.
@Mármol Orgánico. Sí, comparemos FFSC con FSC (como en SSME) donde solo se alimentan partes del oxidante a través de la turbina prebruner. ) No puedo argumentar sobre el combustible ya que todo pasa a través de la turbina).
@rotondaizquierda. Sí.

Respuestas (1)

Este artículo de Aerospace Corporation lo explica maravillosamente.

En primer lugar, todos los propulsores se queman en los prequemadores, lo que proporciona más flujo másico para la potencia de accionamiento de la turbina que el ciclo de combustión por etapas convencional. Esta potencia adicional se puede utilizar para aumentar la presión de la cámara y producir un motor más pequeño; alternativamente, la temperatura del prequemador se puede reducir para proporcionar la misma potencia a temperaturas más bajas. Las temperaturas más bajas de la turbina se traducen en una mayor vida útil de los álabes de la turbina, a menudo el factor limitante en la vida útil del motor reutilizable.

La segunda ventaja es que el uso de gas rico en oxidante en la turbina oxidante y gas rico en combustible en la turbina de combustible elimina la necesidad de un sello propulsor complejo para las bombas. Hay poco riesgo con la fuga de combustible líquido a un gas rico en combustible o de oxígeno líquido a un gas rico en oxidantes. Por el contrario, el ciclo de combustión por etapas rico en combustible debe usar purgas sofisticadas y sellos múltiples en la bomba del oxidante para evitar que el oxígeno líquido se filtre al gas caliente rico en combustible. Se debe evitar una situación similar en el ciclo rico en oxidante en el lado de la bomba de combustible. La eliminación de este modo de falla aumenta la confiabilidad del sistema.

Sus preocupaciones con "alimentar [ing] el volumen total de combustible y oxidante a través de las tuberías de las turbinas de bomba y prequemador" no están bien fundadas. El "volumen completo" de los propulsores se alimentará a través de las tuberías del motor en alguna parte. También afirma que "También la plomería simplemente tiene que ser más grande y más pesada"; esto no es necesariamente así; la disminución general del tamaño del motor y la eliminación de los sistemas de sellado y tanques de helio para presurizarlos pueden reducir el peso total. Además, este documento compara un motor tipo Raptor con un motor de combustión por etapas rico en combustible con prequemador único; las presiones en los dos motores no difieren mucho; no está claro que uno u otro requiera una plomería más pesada.

Creo que esto se debe a que LH2 consume especialmente la cabeza de la bomba cuando se trata de todas las opciones posibles de bipropulsores. Como tal, en SSME el FPB ya consume la gran mayoría del flujo másico disponible y HP de la turbina, por lo tanto, en un diseño FFSC equivalente, se agrega más lo poco que queda del flujo de H2 tibio (es decir, el flujo de H2 tibio que pasa a través de el OPB en SSME) a ​​FPB produce poca mejora. Espero una mejora más drástica en lo que respecta a la presión de la cámara en un par de bipropulsores que es un poco 50/50 en lo que respecta a la cabeza de la bomba, digamos metholox.
Además, este documento difiere del SSME de manera significativa: en el SSME real, el flujo de LH2 que enfría el MCC, 29 lb/s de un total de 155 lb/s, no pasa a través de ningún PB y simplemente no está disponible para la turbina, mientras que en el papel todo el LH2 está disponible para el único PB. Esto sobrestima la presión de la cámara porque, al igual que en SSME, se necesita este flujo para impulsar el FBP, porque nuevamente LH2 requiere tanta cabeza de bomba que incluso la bomba de refuerzo necesita aprovechar el gas tibio, en lugar de solo una corriente de purga de HP LH2 de descarga HPFTP.
Además, los autores de este artículo simplemente fijaron el MR de FPB en el diseño FFSC y el PB único en el diseño FRSC en 0,7 (este MR se toma directamente de SSME FPB MR). No creo que esto sea apropiado. Si tuviera que hacer este artículo, agregaría otra pasada de optimización de MR completamente libre tanto para FPB como para OPB en el diseño FFSC con la restricción de que se conserve la tasa de flujo másico de F y O y las presiones finales de ambos FPBT y OPBT son iguales, el objetivo de optimización es minimizar las temperaturas de la turbina.
Ventaja de la combustión por etapas de flujo completo frente al motor de combustión por etapas convencional
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