Ein turbopump ist eine vorantreibende Pumpe, die grundsätzlich zwei Hauptbestandteile umfasst: Ein rotodynamic pumpt und eine fahrende Gasturbine, gewöhnlich beide, die auf derselben Welle bestiegen sind, oder manchmal zusammen eingestellt sind. Der Zweck eines turbopump ist, eine Flüssigkeit des Hochdrucks zu erzeugen, für einen Verbrennungsraum oder anderen Gebrauch zu füttern.

Ein turbopump kann einen von zwei Typen von Pumpen umfassen: Schleuderpumpe, wo das Pumpen durch das Werfen von mit der hohen Geschwindigkeit äußerer Flüssigkeit getan wird; oder axiale Fluss-Pumpe, wo das Wechseldrehen und die statischen Klingen progressiv den Druck einer Flüssigkeit erheben.

Axiale Fluss-Pumpen haben kleine Diameter, aber geben relativ bescheidene Druck-Zunahmen, und vielfache Kompressionsstufen sind erforderlich, aber arbeiten gut mit niedrigen Dichte-Flüssigkeiten. Schleuderpumpen sind für Flüssigkeiten der hohen Speicherdichte viel stärker, aber verlangen physisch große Diameter für niedrige Dichte-Flüssigkeiten.

Turbopumps funktionieren auf die ziemlich gleiche Weise als Turboeinheiten für Fahrzeuge. Höherer Kraftstoffdruck erlaubt Brennstoff, Verbrennungsräumen des höheren Drucks für höhere Leistungsmotoren geliefert zu werden.

Geschichte

Frühe Entwicklung

Hochdruckpumpen für größere Raketen waren von Rakete-Pionieren wie Hermann Oberth besprochen worden. Mitte 1935 Wernher von Braun hat ein Kraftstoffpumpe-Projekt am deutschen Südwestunternehmen Klein, Schanzlin & Becker begonnen, der im Gebäude großer Löschpumpen erfahren wurde. Das v-2 Rakete-Design hat durch einen Dampfgenerator von Walther zersetztes Wasserstoffperoxid verwendet, um den nicht kontrollierten turbopump anzutreiben, der am Werk von Heinkel an Jenbach erzeugt ist, so wurden v-2 turbopumps und Verbrennungsraum geprüft und haben zusammengepasst, um die Pumpe davon abzuhalten, den Raum unter Druck überzusetzen. Der erste Motor hat erfolgreich im September, und am 16. August 1942 geschossen, eine Probe-Rakete hat Mitte Luft angehalten und ist wegen eines Misserfolgs im turbopump abgestürzt. Der erste erfolgreiche V-2-Start war am 3. Oktober 1942.

Entwicklung von 1947 bis 1949

Der Hauptingenieur für die turbopump Entwicklung an Aerojet war George Bosco. Während der zweiten Hälfte von 1947 haben Bosco und seine Gruppe über die Pumpe-Arbeit von anderen erfahren und haben einleitende Designstudien gemacht. Vertreter von Aerojet haben Ohio Staatliche Universität besucht, wo Florant an Wasserstoffpumpen arbeitete, und Dietrich Singelmann, einen deutschen Pumpe-Experten im Feld von Wright befragt hat. Bosco hat nachher die Daten von Singelmann im Entwerfen der ersten Wasserstoffpumpe von Aerojet verwendet.

Durch die Mitte 1948 hatte Aerojet Schleuderpumpen sowohl für flüssigen flüssigen als auch für Wasserstoffsauerstoff ausgewählt. Sie haben einige deutsche Pumpen der radialen Schaufel von der Marine erhalten und haben sie während der zweiten Hälfte des Jahres geprüft.

Am Ende von 1948 hatte Aerojet entworfen, gebaut, und eine flüssige Wasserstoffpumpe (15-Cm-Diameter) geprüft. Am Anfang hat es Kugellager verwendet, die sauber und trocken geführt wurden, weil die niedrige Temperatur herkömmliche Schmierung unpraktisch gemacht hat. Die Pumpe wurde zuerst mit niedrigen Geschwindigkeiten bedient, um seinen Teilen zu erlauben, sich zur Betriebstemperatur zu beruhigen. Als Temperaturmaße gezeigt haben, dass flüssiger Wasserstoff die Pumpe erreicht hatte, wurde ein Versuch gemacht, sich von 5000 bis 35 000 Revolutionen pro Minute zu beschleunigen. Die Pumpe hat gescheitert, und die Überprüfung der Stücke hat zu einem Misserfolg des Lagers, sowie dem Flügelrad hingewiesen. Nach etwas Prüfung wurden Superpräzisionslager, die durch Öl geschmiert sind, das atomisiert und durch einen Strom des gasartigen Stickstoffs geleitet wurde, verwendet. Auf dem folgenden Lauf haben die Lager hinreichend gearbeitet, aber die Betonungen waren für das hartgelötete Flügelrad zu groß, und es ist einzeln geflogen. Ein neuer wurde durch das Mahlen von einem festen Block von Aluminium gemacht. Zeit ging aus, weil der Vertrag weniger als sechs Monate hatte, um zu gehen. Die folgenden zwei Läufe mit der neuen Pumpe waren eine große Enttäuschung; die Instrumente haben keinen bedeutenden Fluss oder Druck-Anstieg gezeigt. Das Problem wurde zum Ausgang diffuser der Pumpe verfolgt, die zu klein und während des kühlen unten Zyklus ungenügend abgekühlt war, so dass es den Fluss beschränkt hat. Das wurde durch das Hinzufügen von Öffnungslöchern in der Pumpe-Unterkunft korrigiert; die Öffnungen wurden während geöffnet beruhigen sich und geschlossen, als die Pumpe kalt war. Mit dieser üblen Lage wurden zwei zusätzliche Läufe im März 1949 gemacht, und beide waren erfolgreich. Wie man fand, waren Durchfluss und Druck in der ungefähren Abmachung mit theoretischen Vorhersagen. Der maximale Druck war 26 Atmosphären, und der Fluss war 0.25 Kilogramme pro Sekunde.

Heute spinnt Raumfähre der turbopumps des Hauptmotors an mehr als 30,000 rpm, 150 Pfd. (68 Kg) flüssiger Wasserstoff und 896 Pfd. (406 Kg) flüssiger Sauerstoff zum Motor pro Sekunde liefernd.

Zentrifugaler turbopumps

Die meisten turbopumps sind zentrifugal - die Flüssigkeit geht in die Pumpe in der Nähe von der Achse ein, und der Rotor beschleunigt die Flüssigkeit zur hohen Geschwindigkeit. Die Flüssigkeit führt dann einen diffuser durch, der eine sich progressiv vergrößernde Pfeife ist, die Wiederherstellung des dynamischen Drucks erlaubt. Der diffuser verwandelt die hohe kinetische Energie in den Hochdruck (Hunderte von der Bar ist ziemlich üblich), und wenn der Ausgang backpressure nicht ist, können zu hohe, hohe Durchflüsse erreicht werden.

Axialer turbopumps

Axiale turbopumps bestehen auch - in diesem Fall die Achse ließ im Wesentlichen Propeller der Welle beifügen, und die Flüssigkeit wird durch diese gezwungen passen mit der Hauptachse der Pumpe an. Allgemein neigen axiale Pumpen dazu, viel niedrigeren Druck zu geben, als Schleuderpumpen, und einige verriegeln ist ziemlich üblich. Sie sind jedoch noch nützlich - axiale Pumpen werden als 'inducers' für Schleuderpumpen allgemein verwendet, die den Einlassdruck der Schleuderpumpe genug erheben, um übermäßigen cavitation davon abzuhalten, darin vorzukommen.

Kompliziertheiten von zentrifugalem turbopumps

Turbopumps haben einen Ruf, äußerst hart zu sein, vorzuhaben, optimale Leistung zu bekommen. Wohingegen eine gut konstruierte und die Fehler beseitigte Pumpe 70-90-%-Leistungsfähigkeit, Zahlen weniger als Hälfte führen kann, die ziemlich üblich sind. Niedrige Leistungsfähigkeit kann in einigen Anwendungen annehmbar sein, aber in der Raketentechnik ist das ein strenges Problem. Turbopumps in Raketen sind wichtig und problematisch genug, dass Boosterraketen mit einer ätzend beschrieben worden ist, weil 'turbopump mit einer Rakete angehaftet hat, sind '-bis zu 55 % der Gesamtkosten diesem Gebiet zugeschrieben worden.

Häufige Probleme schließen ein:

1. übermäßiger Fluss vom Rand des Hochdrucks zurück zur kleinen Tiefdruck-Bucht entlang der Lücke zwischen der Umkleidung der Pumpe und dem Rotor
2. übermäßiger Wiederumlauf der Flüssigkeit an der kleinen Bucht
3. übermäßiger vortexing der Flüssigkeit weil verlässt es die Umkleidung der Pumpe
4. das Beschädigen cavitation zur Flügelrad-Klinge erscheint in niedrigen (flüssigen) Druck-Zonen

Außerdem ist die genaue Gestalt des Rotors selbst kritisch.

Das Fahren Turbopumps

Dampf bestehen turbinenangetriebene turbopumps wirklich und werden verwendet, wenn es eine Quelle des Dampfs, z.B die Boiler von Dampfschiffen gibt. Gasturbinen werden gewöhnlich verwendet, wenn Elektrizität oder Dampf nicht verfügbar sind und Platz oder Gewicht-Beschränkungen den Gebrauch mehr - effiziente Quellen der mechanischen Energie erlauben.

Einer solcher Fälle ist Raketentriebwerke, die Brennstoff und Oxydationsmittel in ihren Verbrennungsraum pumpen müssen. Das ist für große flüssige Raketen notwendig, seit dem Zwingen von den Flüssigkeiten oder dem Benzin, um dadurch zu fließen, der Zisternen einfach unter Druck zu setzen, ist häufig nicht ausführbar; der für die erforderlichen Durchflüsse erforderliche Hochdruck würde starke und schwere Zisternen brauchen.

Staustrahltriebwerk-Motoren werden auch gewöhnlich mit turbopumps, die Turbine ausgerüstet, die entweder direkt durch Außenfreestream-Widder-Luft oder innerlich durch den vom combustor Zugang abgelenkten Luftstrom wird steuert. In beiden Fällen wird der Turbinenauspuffstrom über Bord abgeladen.

Siehe auch

• Turboexpander
• Gasgenerator-Zyklus
• Inszenierter Verbrennen-Zyklus
• Expander-Zyklus

Links

• Buch des Raketenantriebs
• Turbopumps für flüssige Raketentriebwerke - aus der Technikzeitschrift von Rocketdyne der Macht-Technologie