Suljetun kierron nestemäistä polttoainetta sisältävä rakettimoottori ( LRE ) on nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori, joka on valmistettu kaavion mukaisesti generaattorikaasun jälkipoltolla. Suljetun kierron rakettimoottorissa jokainen (tai yksi) komponenteista kaasutetaan kaasugeneraattorissa polttamalla suhteellisen alhaisessa lämpötilassa pienen osan kanssa toisesta komponentista, ja tuloksena olevaa kuumaa kaasua käytetään koneen käyttönesteenä. turbopumpun turbiini (TPU). Turbiiniin vaikuttanut generaattorikaasu syötetään sitten moottorin polttokammioon , jonne syötetään myös loput käyttämättömästä polttoainekomponentista. Polttokammiossa komponenttien palaminen saatetaan päätökseen suihkun työntövoiman luomisella .
Riippuen siitä, mikä komponentti on täysin kaasutettu, on suljetun piirin moottoreita hapettavalla generaattorikaasulla (esimerkkejä: RD-253 , RD-170 / 171, RD-180 , RD-120 , NK-33 , RD0124 (RD0124A) [1 ] ) , pelkistävällä generaattorikaasulla (esimerkit: RD-0120 , SSME , RD-857 , LE-7 /LE-7A) ja komponenttien täydellisellä kaasutuksella ( RD-270 , Raptor ).
Suljetun kierron rakettimoottoria ehdotti ensimmäisen kerran A. M. Isaev vuonna 1949. Ensimmäinen tämän järjestelmän mukaan luotu moottori oli entisen avustajan Isaev Melnikovin kehittämä LRE 11D33 (S1.5400), jota käytettiin luoduissa Neuvostoliiton kantoraketeissa (LV) [2] [3] . Samoihin aikoihin, vuonna 1959, N. D. Kuznetsov aloitti työskentelyn nestemäisen polttoaineen rakettimoottorilla, jossa oli suljetun piirin NK-9 , S. P. Korolevin suunnittelemalle ballistiselle ohjukselle GR-1 . Kuznetsov kehitti myöhemmin tämän järjestelmän NK-15- ja NK-33- moottoreissa epäonnistuneille N1- ja N1F- kuun kantoraketeille . NK-33-moottorin muunnos, NK-33-1 LPRE , on suunniteltu käytettäväksi Sojuz-2-3 kantoraketin keskivaiheessa . Ensimmäisen ei-kryogeenisen suljetun kierron rakettimoottorin RD-253 , joka perustuu heptyyli / N 2 O 4 -komponentteihin , kehitti V. P. Glushko Proton -kantorakettia varten vuonna 1963.
N1- ja N1F LV-kehitysohjelman epäonnistumisen jälkeen Kuznetsovia määrättiin tuhoamaan NK-33 LRE -kehitysteknologia , mutta sen sijaan kymmeniä moottoreita tuhottiin ja sijoitettiin varastoon. 1990-luvulla Aerojetin asiantuntijat vierailivat laitoksessa, jonka aikana päästiin sopimukseen moottoritestien demonstroimisesta Yhdysvalloissa tiettyjen impulssiparametrien ja muiden spesifikaatioiden vahvistamiseksi [4] . Venäläinen RD-180- moottori, jonka Lockheed Martin ja myöhemmin ULA hankki Atlas III- ja Atlas V -kantoraketteja varten , käyttää myös suljetun kierron jälkipolttoa generaattorikaasua, joka on ylikyllästetty hapettimella .
Ensimmäinen suljetun piirin LRE lännessä oli saksalaisen insinöörin Ludwig Boelkowin vuonna 1963 suunnittelema laboratoriomoottori .
RS-25 Space Shuttle Main Engine (SSME) on toinen esimerkki suljetun kierron rakettimoottorista ja on ensimmäinen tämän tyyppinen moottori, jossa käytetään happi / vetykomponentteja . Sen Neuvostoliiton vastine on RD-0120 , jota käytetään Energian kantorakettijärjestelmän keskusyksikössä .
Toisin kuin avoimen piirin moottoreissa, suljetussa moottorissa generaattorikaasua ei vapaudu turbiinin käytön jälkeen ympäristöön, vaan se syötetään polttokammioon, mikä osallistuu työntövoiman luomiseen ja moottorin tehokkuuden lisäämiseen ( erityinen impulssi ).
Suljetun kierron moottorissa työnesteen virtausnopeus HP-turbiinin läpi on huomattavasti suurempi kuin avoimen piirin moottorissa, mikä mahdollistaa korkeampien paineiden saavuttamisen palotilassa. Samalla polttokammion mitat pienenevät ja suuttimen laajenemisaste kasvaa, mikä tekee siitä tehokkaamman työskennellessä ilmakehässä.
Tämän järjestelmän haittana on turbiinin vaikeat käyttöolosuhteet, monimutkaisempi putkistojärjestelmä, joka johtuu tarpeesta kuljettaa kuumaa generaattorikaasua pääpolttokammioon, millä on suuri vaikutus moottorin yleiseen suunnitteluun ja vaikeuttaa sen ohjausta. .
Suljettu piiri, jossa on polttoainekomponenttien täydellinen kaasutus, on eräänlainen suljettu piiri, jossa kaiken polttoaineen kaasutus suoritetaan kahdessa kaasugeneraattorissa : yhdessä pieni osa polttoaineesta poltetaan hapettimen lähes täydellisellä kulutuksella ja toinen, lähes koko polttoaineen kulutus poltetaan lopulla hapettimesta. Syntyviä generaattorikaasuja käytetään turbopumppuyksiköiden (TPU) ohjaamiseen.
Työnesteen suuri virtausnopeus turbopumppujen turbiinien läpi mahdollistaa erittäin korkeiden paineiden aikaansaamisen moottorin palotilassa. Tätä järjestelmää käytettäessä turbiineilla voi olla alhaisempi käyttölämpötila, koska niiden läpi kulkee enemmän massaa, minkä pitäisi johtaa moottorin pidempään toimintaan ja parempaan luotettavuuteen. Kahden kaasugeneraattorin ansiosta voit asentaa polttoaine- ja hapetuspumput erilleen toisistaan, mikä vähentää tulipalon vaaraa.
Komponenttien täydellinen kaasutus johtaa myös nopeampiin kemiallisiin palamisreaktioihin pääkammiossa, mikä lisää tämän mallin rakettimoottorin ominaisimpulssia 10-20 sekunnilla verrattuna muiden mallien moottoreihin. Esimerkiksi moottoreissa RD-270 ja RD-0244 ( ahtimoottori DU 3D37 SLBM R-29RM ) on palamiskammiossa tiukka paine (26,1/27,5 MPa ), mutta polttoainekomponenttien kaasuttumisen vuoksi paine nousee. tehokkuus saavutetaan jopa 7-8 % (302/325 s).
Tämän tyyppisten moottoreiden kehittämistä rajoittavia tekijöitä ovat niiden korkeammat kustannukset verrattuna muiden järjestelmien LRE:iin sekä sallitut lämpötilat, joissa kemiallisia komponentteja voidaan varastoida ennen kuin ne poltetaan palotilassa.
Neuvostoliitossa tämä moottorin toimintajärjestelmä komponenttien täydellisellä kaasutuksella otettiin käyttöön RD-270 -nestepolttoainerakettimoottorissa hapetus- ja polttoaineriippumattomissa piireissä vuonna 1969.
Vety / happi - parille NASA ja Yhdysvaltain ilmavoimat suorittivat tämän kaavion mukaisesti " Integrated Demonstrator of Power Nozzle " [5] -penkkitestejä .
SpaceX kehittää ja testaa Raptor -moottoria , joka käyttää metaania ja happea .