Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Метод работы ракетного двигателя
Rocket engine operation method
Цикл экспандера — это энергетический цикл жидкостного ракетного двигателя. В этом цикле топливо используется для охлаждения камеры сгорания двигателя, поглощая тепло и изменяя фазовое состояние. Нагретое и газообразное топливо затем приводит в действие турбину, которая вращает топливные и окислительные насосы двигателя, прежде чем оно поступает в камеру сгорания и сгорает. Из-за необходимости изменения фазы, цикл экспандера ограничен по тяге законом обратных квадратов и кубов. При масштабировании сопла конической формы площадь поверхности сопла, используемая для нагрева топлива, увеличивается пропорционально квадрату радиуса, а объем топлива, которое необходимо нагреть, — пропорционально кубу радиуса. Таким образом, при тяге более примерно 300 кН (70 000 фунтов силы) площади сопла уже недостаточно для нагрева топлива, необходимого для привода турбин и, следовательно, топливных насосов. Более высокие уровни тяги могут быть достигнуты с использованием цикла экспандера с отводом, когда часть топлива обходит турбину и/или охлаждающие каналы камеры сгорания и поступает непосредственно в главный инжектор камеры. Нетороидальные двигатели типа аэроспайк не подвержены ограничениям, связанным с законом обратных квадратов и кубов, поскольку линейная форма двигателя не масштабируется изометрически: расход топлива и площадь сопла масштабируются линейно с шириной двигателя. Все двигатели цикла экспандера должны использовать криогенное топливо, такое как жидкий водород, жидкий метан или жидкий пропан, которое легко достигает температуры кипения. Некоторые двигатели цикла экспандера могут использовать газогенератор для запуска турбины и работы двигателя до тех пор, пока тепловая нагрузка от камеры сгорания и кожуха сопла не увеличится по мере повышения давления в камере. Примерами двигателей цикла экспандера являются Aerojet Rocketdyne RL10 и двигатель Vinci для перспективной ракеты Ariane 6.
The expander cycle is a power cycle of a bipropellant rocket engine. In this cycle, the fuel is used to cool the engine's combustion chamber, picking up heat and changing phase. The now heated and gaseous fuel then powers the turbine that drives the engine's fuel and oxidizer pumps before being injected into the combustion chamber and burned. Because of the necessary phase change, the expander cycle is thrust limited by the square–cube law. When a bell shaped nozzle is scaled, the nozzle surface area with which to heat the fuel increases as the square of the radius, but the volume of fuel to be heated increases as the cube of the radius. Thus beyond approximately 300 kN (70,000 lbf) of thrust, there is no longer enough nozzle area to heat enough fuel to drive the turbines and hence the fuel pumps. Higher thrust levels can be achieved using a bypass expander cycle where a portion of the fuel bypasses the turbine and or thrust chamber cooling passages and goes directly to the main chamber injector. Non toroidal aerospike engines are not subject to the limitations from the square cube law because the engine's linear shape does not scale isometrically: the fuel flow and nozzle area scale linearly with the engine's width. All expander cycle engines need to use a cryogenic fuel such as liquid hydrogen, liquid methane, or liquid propane that easily reaches its boiling point. Some expander cycle engines may use a gas generator of some kind to start the turbine and run the engine until the heat input from the thrust chamber and nozzle skirt increases as the chamber pressure builds up. Some examples of an expander cycle engine are the Aerojet Rocketdyne RL10 and the Vinci engine for the future Ariane 6.
Цикл кровотечения экспандера
Этот цикл работы является модификацией традиционного цикла экспандера. В цикле с продувкой (или открытом цикле) вместо направления всего нагретого топлива через турбину и последующего возврата его для сжигания, лишь небольшая часть нагретого топлива используется для вращения турбины, а затем отводится на сброс за борт, минуя камеру сгорания. Оставшаяся часть топлива подается в камеру сгорания. Отвод выхлопных газов турбины позволяет повысить эффективность турбонасосного агрегата за счет снижения противодавления и максимизации перепада давления на турбине. По сравнению со стандартным циклом экспандера, это обеспечивает более высокую тягу двигателя, но за счет снижения эффективности из-за сброса энергии выхлопных газов турбины. Mitsubishi LE 9 – первый в мире двигатель с продувкой выхлопных газов турбины первой ступени.
This operational cycle is a modification of the traditional expander cycle. In the bleed (or open) cycle, instead of routing all of the heated propellant through the turbine and sending it back to be combusted, only a small portion of the heated propellant is used to drive the turbine and is then bled off, being vented overboard without going through the combustion chamber. The other portion is injected into the combustion chamber. Bleeding off the turbine exhaust allows for a higher turbopump efficiency by decreasing backpressure and maximizing the pressure drop through the turbine. Compared with a standard expander cycle, this allows higher engine thrust at the cost of efficiency by dumping the turbine exhaust. The Mitsubishi LE 9 is the world's first first stage expander bleed cycle engine.