| RS-25/SSME (RS-25) | |
|---|---|
| Testit avaruussukkulan pääkoneen jalustalla . | |
| Tyyppi | LRE |
| Polttoaine | nestemäinen vety |
| Hapettaja | nestemäistä happea |
| polttokammiot | yksi |
| Maa | USA |
| Käyttö | |
| Toiminta-aika | 12. huhtikuuta 1981 - käytössä |
| Sovellus | Avaruussukkula (avaruussukkula), SLS |
| Tuotanto | |
| Rakentaja | Rocketdyne , Yhdysvallat |
| Luomisen aika | 1972-1977 _ _ |
| Tuotettu | 18.2.1977 lähtien _ |
| Painon ja koon ominaisuudet |
|
| Paino | 3390 kg |
| Korkeus | 4240 mm |
| Halkaisija | 2400 mm |
| Käyttöominaisuudet | |
| työntövoima |
222,6 tf tyhjiössä (104,5 % työntövoima) 181,4 tf merenpinnalla |
| Spesifinen impulssi |
452,5 s tyhjiössä 363 s merenpinnassa |
| Työtunnit | 520 c |
| Paine palotilassa | 18,9 MPa (192,7 at ) |
| Laajennusaste | 77,50 |
| työntövoima-painosuhde | 73.12 |
| Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa | |
RS-25 (Rocket system 25, eng. Rocket System 25, RS-25 ) tai SSME ( eng. Space Shuttle Main Engine - avaruussukkulan pääkone) on nestemäistä polttoainetta käyttävä rakettimoottori (LRE) Rocketdinen , USA :sta . Sitä käytettiin Space Shuttle -avaruuskuljetusjärjestelmän purjelentokoneessa , joista jokainen oli varustettu kolmella tällaisella moottorilla. Moottorin polttoaineen pääkomponentit ovat nestemäinen happi ( hapetin ) ja vety ( polttoaine ). RS-25 käyttää suljettua sykliä (generaattorikaasun jälkipoltolla).
RS-25 polttaa avaruussukkulasovelluksessaan nestemäistä happea ja vetyä, jotka tulevat kuljetusjärjestelmän keskussäiliöstä. Avaruussukkula MTKK käytti kolmea näistä moottoreista laukaisessaan avaruuteen kiinteiden boosterien aikaansaaman työntövoiman lisäksi (kolmen päämoottorin lisäksi sukkulassa oli pinnan ympärillä 44 pienempää rakettimoottoria, jotka olivat osa kiertoradan ohjausjärjestelmää ja suihkunohjausjärjestelmä (RCS), joka tarjoaa mahdollisuuden ohjata kiertoradalla). Toisinaan laukaisussa käytettiin myös orbital maneuvering system (OMS) -järjestelmää.
Jokainen tällainen moottori tarjoaa jopa 181,4 tf (1,8 MN ) työntövoiman käynnistyksen yhteydessä. RS-25:n ominaisimpulssi on 453 s tyhjiössä ja 363 s merenpinnassa (4440 ja 3560 m/s). Moottorin massa on 3,2 tonnia.
Tämän moottorin toteutuksen ominaisuudet ovat:
LRE RS-25 toimii äärimmäisissä lämpötiloissa. Polttoaineena käytetty nestemäinen vety varastoidaan -253°C:een, kun taas polttokammion lämpötila saavuttaa 3300°C, mikä on raudan kiehumispisteen yläpuolella . Käytön aikana RS-25:t kuluttavat 3917 litraa polttoainetta sekunnissa. Komponenttien massavirtausnopeus tässä tapauksessa:
Moottorin sammutus tapahtuu seuraavasti: keskussäiliöstä putkilinjojen kautta pumpattu polttoaine ja hapetin lakkaavat virtaamasta, koska polttoainejäämien pääsy järjestelmään estyy; polttoainejärjestelmä, mukaan lukien kolmen pk-yrityksen risteys, on edelleen avoin jäännöspolttoaineen poistamiselle putkistoista.
Moottorit poistettiin jokaisen lennon jälkeen ja siirrettiin SSME:n tarkastuskeskukseen ( SSME Processing Facility, SSMEPF ) kaikkien tarvittavien komponenttien tarkastusta ja vaihtoa varten.
Ulkoisesta polttoainesäiliöstä tuleva hapetin tulee kiertoradalle sukkulan ja ulkoisen säiliön telakointiliitännästä ja sitten sukkulan pääasialliseen nestemäisen hapen syöttöjärjestelmään. Siellä se haarautuu kolmeen kanavaan, yksi kullekin moottorille. Jokaisessa haarassa nestemäisen hapen esiventtiilin on oltava auki, jotta se pääsee virtaamaan tehostimen THA-hapettimeen ( eng. Low Pressure Oxidizer Turbopump, LPOTP ).
Hapettimen tehostin THA koostuu kuusivaiheisen turbiinin pyörittämästä aksiaalipumpusta, johon syötetään nestemäistä happea, joka on otettu päähappipumpun ulostulosta. Tämän TNA:n pumppu nostaa nestemäisen hapen painetta 100:sta 422 psi :iin (0,7 - 2,9 MPa ; 6,8 - 29,6 atm ). LPOTP-akseli pyörii noin 5150 rpm (85,8 rpm ) nopeudella. Tehoste-THA-hapetin on noin 457 x 457 mm (18 x 18 tuumaa), ja se on kytketty nestemäisen hapen syöttölinjaan ja kiinnitetty sukkulan rakenteeseen. Tehosteen THA-hapettimesta tuleva virtaus syötetään HHA-päähapettimen päähapetuspumppuun (jäljempänä THA-hapetin - englantilainen High-Pressure Oxidizer Turbopump, HPOTP ). HPOTP koostuu kahdesta yksivaiheisesta keskipakopumpusta - päähapetuspumpusta ja kaasuttimen hapetuspumpusta -, jotka on asennettu samalle akselille ja joita käyttää kaksivaiheinen turbiini, jota puolestaan käyttää hapettimen GG generaattorikaasu. THA. Kun moottori on käynnissä, esipumpun hapettimen paineistaminen mahdollistaa HPOTP-päähapettimen pumpun toiminnan suurilla nopeuksilla ilman kavitaatiota .
Päähapetinpumppu nostaa hapettimen paineen 422 psi:stä hapettimen tehostuspumpun ulostulossa 4300 psi:iin (2,9 - 30 MPa; 29,6 - 306 atm) ja pyörii nopeudella 28 120 rpm (468,7 rpm). Nestemäisen hapen virtaus päähapetuspumpun jälkeen on jaettu neljään osaan:
Koska turbiini ja HPOTP-pumput on asennettu yhteiselle akselille ja turbiinia käyttää kuuman pelkistysgeneraattorikaasun virtaus, tämä alue luo vaarallisen läheisyyden turbiiniin pelkistävälle kaasulle ja pääpumpussa olevalle nestemäiselle happille. Tästä syystä hapettimen THA-turbiini ja päähapetinpumppu on erotettu toisistaan tiivisteillä varustetulla ontelolla, johon moottorin käytön aikana syötetään heliumia paineella, joka ylittää hapettimen paineen pumpun ulostulossa. Heliumpaineen alentaminen johtaa moottorin automaattiseen sammumiseen.
THA-hapettimen koko on noin 610 x 914 mm (24 x 36 tuumaa). Se on laipattu generaattorin kaasusarjaan.
Polttoaine ( nestemäinen vety ) tulee sukkulaan syöttöputken jakoventtiilin kautta ja jakotukin haaroissa kolmeen identtiseen syöttöhaaraan jokaiselle moottorille. Jokaisessa nestemäisen vedyn syöttöhaarassa esiventtiili päästää nestemäistä vetyä matalapaineiseen polttoaineen turbopumppuun (LPFTP ) , kun esiventtiili on auki.
Polttoainetehostin HP koostuu kaksivaiheisen turbiinin käyttämästä aksiaalipumpusta, jota pyörittää suuttimen kriittisen osan ja polttokammion jäähdytysvaipasta tuleva vetykaasu. Tämän HP:n pumppu nostaa nestemäisen vedyn painetta 30 psi:stä 276 psi:iin (0,2 - 1,9 MPa ; 2,0 - 19,4 atm ) ja syöttää sen pääpolttoaineen HP (jäljempänä polttoaine HP ) polttoainepumppuun. Korkeapaineinen polttoaineen turbopumppu, HPFTP ) . Kun moottori on käynnissä, lisäpolttoainepumpun paineistaminen mahdollistaa pääpolttoainepumpun toiminnan suurilla nopeuksilla ilman kavitaatiota. Polttoaineen tehostin THA pyörii taajuudella 16185 rpm (noin 270 rpm). Polttoainetehostimen THA koko on 18 x 24 tuumaa (noin 457 x 610 mm). Se on kytketty nestemäisen vedyn syöttöputkeen ja kiinnitetty sukkularakenteeseen tehostimen TNA-hapettimen vastakkaisella puolella. Nestevetyputki LPFTP:stä HPFTP:hen on lämpöeristetty, jotta vältetään ilman nesteytyminen sen pinnalla.
Polttoaine HPP koostuu kolmivaiheisesta keskipakopolttoainepumpusta, jota käyttää kaksivaiheinen turbiini, jota pyörittää polttokaasusta tuleva pelkistävä kuuma kaasu. Tämän TNA:n pumppu nostaa nestemäisen vedyn painetta arvosta 276 - polttoainetehostimen pumpun ulostulossa - 6515 psi:iin (1,9 - 45 MPa ; 19,4 - 458,9 atm ). Polttoainepumppu pyörii nopeudella 35 360 rpm (noin 589 rpm). Nestevirtaus pumpun ulostulossa ohjataan pääpolttoaineventtiiliin ja jaetaan sitten kolmeen haaraan:
THA-polttoaineen koko on 22 x 44 tuumaa (noin 559 x 1117 mm). Se on laipattu generaattorin kaasusarjaan.
Hapetin ja polttokaasugeneraattorit on hitsattu kuumakaasun kokoojaan. Polttoaine ja hapetin menevät molempiin GG:ihin ja sekoittuvat niin, että palaminen voi tapahtua. Sytyttimet sijaitsevat kunkin GG:n sekoituspään keskellä ja edustavat pientä esikammiota. Jokainen sytytin sisältää kaksi kipinäsytyttimet (redundanssia varten), joita ohjaa moottorin ohjain ja joita käytetään moottorin käynnistysprosessin aikana jokaisen GG:n sytyttämiseen. Ne sammuvat noin kolmen sekunnin kuluttua, koska GG:n palamisprosessista tulee itseään ylläpitävä. Polttoainegeneraattori tuottaa pelkistävää generaattorikaasua (kaasua, jossa on ylimäärä epätäydellisesti palanutta polttoainetta), joka kulkee polttoaineen HP-turbiinin läpi ja pyörittää sitä pyörittämällä HP-pumppua. Hapetin HG tuottaa myös pelkistysgeneraattorikaasua, joka kulkee hapettimen THA-turbiinin läpi ja pyörittää sitä kääntäen hapettimen THA-pumput.
Moottorin työntövoimaa ohjataan kussakin moottorissa viidellä venttiilillä (GG hapetinhapetin, GG polttoaineen hapetin, päähapetinventtiili, pääpolttoaineventtiili, kriittisen suuttimen jäähdytyksen ohjausventtiili), joita ohjataan hydraulisesti ja ohjataan moottorin ohjaimen sähköisillä signaaleilla. Ne voidaan sulkea kokonaan käyttämällä heliumin syöttöjärjestelmää varatoimijärjestelmänä.
Hapettimen THA:n ja polttoaineen THA:n akselien pyörimisnopeudet riippuvat vastaavassa GG:ssä syntyvän kuuman kaasun paineesta. Näitä venttiileitä ohjaa moottorin ohjausyksikkö, joka käyttää niitä lisäämään tai vähentämään nestemäisen hapen virtausta vastaavan GG:n läpi, lisäämällä tai alentaen paineita kaasugeneraattoreissa, mikä lisää tai laskee molempien pääturbiinien pyörimisnopeuksia. HP, lisää tai vähentää molempien komponenttien virtausta vastaavien pumppujen pumppaaman korkeapaineen, mikä lisää tai vähentää moottorin työntövoimaa. Molempien GG:iden hapetusventtiilit toimivat yhdessä säätämään moottorin työntövoimaa ja ylläpitämään komponenttien virtaussuhdetta vakiona 6:1.
Päähapetusventtiili ja pääpolttoaineventtiili ohjaavat nestemäisen hapen ja nestemäisen vedyn virtausta moottoriin, vastaavasti, ja niitä ohjaavat kunkin moottorin säätimet. Kun moottori on käynnissä, molempien komponenttien pääventtiilit ovat täysin auki.
Hapettimen ja polttoaineen THA:n ohjauksen suorittaa moottorin ohjain säätämällä komponenttien virtausnopeuksia venttiileillä, jotta polttoaineen komponenttien massasuhde pysyy 6:1:ssä.
Polttokammio (CC) vastaanottaa polttoaineella rikastettua kuumaa kaasua jäähdytysvaipan jakoputkesta. Kaasumainen vety ja nestemäinen happi tulevat palotilaan polttoainekomponentteja sekoittavan ruiskutussuuttimen kautta. Pieni sähköinen sytytysjälkipoltin sijaitsee suuttimen keskellä. Kaksoissytytintä käytetään moottorin käynnistyksen aikana palamisprosessin käynnistämiseen. Pääsuutin ja CC-kartio on hitsattu kuumakaasujakoputkeen. Lisäksi CS on kytketty kuumakaasun kerääjään pulttiliitoksilla.
OCS:n ja suuttimen sisäpinta jäähdytetään nestemäisellä vedyllä , joka virtaa hitsattujen ruostumattomasta teräksestä valmistettujen seinäkanavien läpi. Suutin on CS-rungon kellomainen jatke, joka on liitetty siihen pulteilla . Pituus on 2,9 m, ulkohalkaisija pohjassa 2,4 m. Suuttimen yläpäähän hitsattu tukirengas on kiertoradan ulomman lämpösuojan kiinnityskohta. Lämpösuojaus on välttämätön moottorin osille, jotka ovat alttiina ulkoiselle lämmitykselle laukaisun, kiertoradalle nousun, kiertoratalennon aikana ja kiertoradalta palatessa. Eristys koostuu neljästä metallivanukerroksesta , jotka on päällystetty metallikalvolla .
LRE RS-25:n suuttimen laajenemiskerroin, joka on 77, on liian suuri, jotta moottori voisi toimia merenpinnan tasolla OCS:n paineessa, joka on 192,7 atm . Tämän kokoisessa suuttimessa suihkuvirtauksessa on oltava tukkeuma , joka voi aiheuttaa ohjausongelmia ja jopa mekaanisia vaurioita alukseen. Estääkseen tällaisen tapahtumien kehityksen Rocketdyne -insinöörit muuttivat suuttimen laajennuskulmaa pienentäen sitä lähellä uloskäyntiä, mikä nosti paineen ulkorenkaan lähellä 0,3-0,4 atm :iin ja yleisesti ratkaisi ongelman. [yksi]
RS-25: n viisi polttoaineventtiiliä toimivat hydraulisesti ja ohjataan sähköisesti ohjaimella. Ne voidaan sulkea kokonaan käyttämällä heliumin syöttöjärjestelmää varatoimijärjestelmänä.
Päähapettimen venttiiliä ja polttoaineen paineensäätöventtiiliä käytetään sammutuksen jälkeen. Ne pysyvät avoimina, jotta polttoainejärjestelmään jäänyt polttoaine ja hapetin voidaan tyhjentää sukkulan kyljen yli. Kun nollaus on valmis, venttiilit sulkeutuvat ja pysyvät suljettuina lennon loppuun asti.
Laakeri pallomainen laakeri on pultattu pääsuutinkokoonpanoon ja muodostaa yhteyden moottorin ja sukkulan välille. Matalapainepumput asennetaan 180°:n kulmaan sukkulan rungon takaosasta, joka on suunniteltu vastaanottamaan moottoreiden kuorma laukaisun yhteydessä. Putkilinjat matalakorkoisista pumpuista korkeakorkeisiin pumppuihin tarjoavat tilaa ja tilaa moottorin sijoittamiseen uudelleen työntövoiman vektorointia varten .
Jäähdytyksen ohjausventtiili sijaitsee kunkin moottorin suuttimen kriittisen osan jäähdytyksen ohituslinjassa. Moottorin ohjain säätelee suuttimen jäähdytysvaipan ohittaman vedyn määrää ja säätelee siten sen lämpötilaa. Jäähdytysventtiili on täysin auki ennen moottorin käynnistämistä. Moottorin käytön aikana venttiili on täysin auki 100–109 %:n työntövoimalla minimaalisen jäähdytyksen takaamiseksi. Työntövoiman alueella 65–100 % sen sijainti muuttuu 66,4:stä 100 %:iin reiän maksimaalisen jäähdytyksen saavuttamiseksi.
SSME - työntövoiman kuristus voidaan suorittaa alueella 67 - 109 % suunnittelutehosta. Käynnissä olevissa laukaisuissa käytetään tasoa 104,5 % ja hätätilanteissa voidaan käyttää tasoja 106-109 %. Työntövoima on määritelty merenpinnalle ja tyhjiölle, joissa LRE toimii parhaiten, koska ilmakehän vaikutuksia ei ole:
Yli 100 %:n työntövoiman määrittely tarkoittaa, että moottori toimii kehittäjien asettaman normaalin tason yläpuolella. Tutkimukset ovat osoittaneet, että SSME:n epäonnistumisen todennäköisyys kasvaa käytettäessä yli 104,5 %:n työntövoimaa, joten määritellyn tason yläpuolella kuristus jätetään hätätilanteisiin avaruussukkulan MTKK:n lennon aikana . [2]
Moottori oli alun perin tarkoitettu käytettäväksi Ares-5- kantoraketin päämoottoreina ja miehitetyn Ares-1- kantoraketin toisen vaiheen moottorina . Vaikka RS-25:n käyttö tässä tapauksessa näytti MTRC-tekniikan kehitykseltä sen oletetun poistumisen jälkeen vuonna 2010, tällä ratkaisulla oli joitain haittoja:
Sen jälkeen, kun Ares-1:n ja Ares-5:n suunnitteluun tehtiin joitain muutoksia , Ares-1:n toisessa vaiheessa päätettiin käyttää muunnelmaa J-2X- rakettimoottorista ja Aresissa kuutta modifioitua RS-68 B -rakettimoottoria. -5 ensimmäinen vaihe.
SLSMoottoria käytetään päämoottorina superraskaassa kantoraketissa SLS (Space Launch System) miehitettyjen tutkimusmatkojen lähettämiseen Marsiin ja Kuuhun (esimerkiksi 29.7.2016 suoritettiin RS-25:n palokokeita , päivitetty SLS-parametreiksi [3] ).
| Avaruussukkula-ohjelma | ||
|---|---|---|
| Komponentit |
| |
| Kiertäjät | ||
| laukaisukompleksit | ||
| Kehitys | ||
| Asettelut | ||
| Muut | ||