"Cycle with a phase transformation" ( CFP , eng. Expander cycle ) on nesterakettimoottorin (LRE) generaattoriton toimintakaavio , joka on suunniteltu lisäämään polttoainekierron tehokkuutta. CFP - järjestelmässä polttoaine lämmitetään ennen sen polttamista, yleensä käyttämällä sitä osaa pääpolttokammion hävinneestä lämmöstä, joka menee kammion seinien lämmittämiseen ja jossa tapahtuu vaihemuutos . Muuttamalla polttoaine kaasuksi saatua paine-eroa käytetään polttoaineen komponenttien syöttämiseen, palotilan paineen ylläpitämiseen ja työntövoiman luomiseen .
Kun nestemäinen polttoaine kulkee seinissä olevien jäähdytysputkien läpi, se muuttuu faasimuutokseksi kaasumaiseksi paineen kasvaessa. Kaasumaista polttoainetta laajennetaan turbiinin läpi käyttämällä sen syöttöpaineen ja jäähdytyspiirin läpikulun jälkeisen paineen välistä paine-eroa turbopumpun pyörimisen käynnistämiseksi . Tämä voi parantaa laukaisukykyä, jota käytetään RL-10- rakettimoottorissa ( Pratt & Whitney ). Polttoaineen kaasumaisesta tilasta johtuvaa kohonnutta painetta käytetään turbiinin ohjaamiseen , mikä puolestaan käyttää polttoaine- ja hapetinpumppuja, mikä lisää polttoaineen ja hapettimen painetta niiden tullessa palotilaan . Polttoaine tulee kammioon turbiinin läpikulun jälkeen, jossa se palaa yhdessä hapettimen kanssa muodostaen suihkun työntövoiman avaruusalukselle .
Jotkin vaiheenvaihtomoottorit voivat käyttää kaasugeneraattoria moottorin turbiinin käynnistämiseen, kunnes polttokammiosta ja suutinkuoresta tuleva lämmöntuotto riittää pitämään moottorin käynnissä.
Polttoaineen vaihemuutoksen tarpeesta johtuen tämän tyyppistä LRE -toimintasykliä rajoittaa moottorin käytön aikana tuottaman "parasiittisen" lämmön määrä, mikä yleensä rajoittaa tätä järjestelmää käyttävän moottorin tehoa ennallaan. Normaalia suutinta käytettäessä[ mitä? ] muotoon, sen pinta ei riitä lämmittämään riittävää määrää polttoainetta, joka voisi ajaa turbiineja ja sen seurauksena polttoainepumppuja. Moottoreille, joissa on kellon muotoinen suutin, suurin työntövoima, jonka vaiheenmuutossykli voi tarjota, on 31 tf (300 kN ). Korkeampi työntövoima voidaan saavuttaa käyttämällä osittain tätä sykliä, jossa osa polttoaineesta kulkee vaiheenmuutosjärjestelmän (jäähdytys) läpi turbiinin kanssa ja ohjataan suoraan polttokammioon.
Vaihtoehtoiset kartiosuuttimet sallivat tämän LRE -järjestelmän laajemman käyttöalueen . Tässä tapauksessa moottorin pakokaasusuihku puristetaan tehokkaasti kapeammaksi virtaukseksi keskimmäisen kiilan muotoisen ulkoneman (aeropiikin ) ympärillä , mikä voi tuottaa enemmän hajalämpöä ja siten enemmän työntövoimaa käyttämällä faasimuutossykliä muuttumattomana. Lisäksi tulee käyttää kryogeenisiä polttoaineita , kuten nestemäistä vetyä , metaania tai propaania , joiden kiehumispiste ja siirtyminen kaasumaiseen aggregaatiotilaan on helposti saavutettavissa .
Kaasuttomalla menetelmällä faasisiirtymällä ja järjestelmällä, jossa generaattorikaasun jälkipoltto on sama hyötysuhde työntövoimalla noin 9,1 tf ;
" Avoimessa " tai "tyhjennys"-jaksossa, jossa on vaihemuutos, vain osa polttoaineesta kuumennetaan turbiinin käyttämiseksi ja sitten heitetään pois generaattorin tehokkuuden lisäämiseksi. Tässä tapauksessa turbiinin tehon kasvu johtaa moottorin hyötysuhteen laskuun (pienempi ominaisimpulssi ). Suljetussa syklissä käytetään polttokammiossa tuotantokaasua - tässä tapauksessa polttoainetta (katso kuva).
Tässä muunnetussa syklissä sen sijaan, että käytettäisiin lämmitettyä "generaattorin" polttoainetta polttokammiossa, se tyhjennetään, mikä mahdollistaa polttoainepumppujen maksimoimisen hyödyntämällä turbiinin suurempaa paine-eroa. Tämä käyttää pienen määrän polttoainetta. Tämän järjestelmän avulla voit lisätä moottorin työntövoimaa vähentämällä sen tehokkuutta. Kuitenkin joissakin tapauksissa - kuten esimerkiksi japanilaisen LE-5A / B rakettimoottorin tapauksessa - tehokkuuden menetys ei ole niin merkittävä verrattuna työntövoiman kasvuun.
LRE-järjestelmällä vaihesiirtymäsyklillä on monia etuja muihin verrattuna:
Esimerkkejä LRE :stä vaiheenmuutossyklillä ovat RL-10 ja RL-60 , Pratt & Whitney [2] ja suunniteltu Vinci LRE Ariane 5 ESC-B -kantoraketissa [ 3]
Tunnettuja esimerkkejä LRE - mallin käytöstä vaihesiirtymäsyklin kanssa:
LRE :tä vaihesiirtymäsyklillä on käytetty tai suunnitellaan käytettäväksi:
| RL-10 | Vinci | YF-75D | RD-0146 | LE-5A | LE-5B | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Maa | USA | Ranska | Kiina | Venäjä | Japani | Japani |
| Kierrä | vaihesiirrolla | vaihesiirrolla | vaihesiirrolla | vaihesiirrolla | Vaiheen muutoksella (suuttimessa), avaa | Vaihesiirrolla (CS:ssä), auki |
| Työntövoima tyhjiössä, kN | 66.7 | 180 | 88,26 | 98.1 | 121.5 | 137.2 |
| Komponenttien suhde | 5,8:1 | 6:1 | 6:1 | 5:1 | 5:1 | |
| Suuttimen jatke | 40 | 80 | 130 | 110 | ||
| I sp (vac.) | 433 | 465 | 442 | 463 | 452 | 447 |
| Paine CS, MPa | 2.35 | 6.1 | 7.74 | 3.98 | 3.58 | |
| Pumpun pyörimisnopeus H 2 , rpm. | 125'000 | 51 000 | 52'000 | |||
| Pumpun pyörimisnopeus O 2 , rpm. | 17'000 | 18'000 | ||||
| Korkeus, m | 1.73 | 2.2–4.2 | 2.2 | 2.69 | 2.79 | |
| Paino (kg | 135 | 280 | 242 | 248 | 285 |