דחף בלחץ גבוה מעכב את הטורפים לעמוד בלב כל מנוע טילים מודרני נוזלי-פרופורנט, אחראי להגביר את הלחץ המניעה מרמת הטנק לרמות של חנק-המוח הרבה יותר מ -100 אטמוספירות.הם קובעים ישירות את הלחץ, היעילות והאמינות של מערכת ההנעה, התקדמות אחרונה בטכנולוגיית זעזועים - חומרים, עיצוב אווירודינמיקה, לחץ תרמי, לחץ על פני 300 שניות לחץ גבוה יותר, לחץ דם גבוה יותר, לחץ דם גבוה יותר, ומאובטח, לחץ על פני כדוריות לחץ דם גבוה יותר, לחץ דם גבוה יותר, ומאובטח, לחץ דם גבוה יותר, לחץ על פני השטח.

מימון של טורבומפנזים

במנוע טילים נוזלי, המדחף המאוחסן בלחץ טנק נמוך (בדרך כלל 2-5 בר) חייב להיות מוגדל ללחץ תא של בעירה - לעתים קרובות 100-300 בר - בעוד מתן שערי זרימת המונים מסיבית. A turbopump משיג זאת באמצעות מחזורי רוטינג המורכב טורבינה (הנעה על ידי גז חם ממחזור הכוח של המנוע) ואחד או יותר סנטיפוסל את המשאבה של האנרגיה, לאחר מכן, אשר הוא ממולה של דלק נוזלי, אשר הוא ממולה גז ממתכת של זרם אנרגיה נוזלית דלקות, או ממתכת נוזלית דלק נוזלית, אשר מופעלת, לאחר מכן, אשר הוא ממתכת נוזל, אשר הוא ממתכת נוזל, אשר הוא ממתכת, או ממתכת נוזל, אשר מופעלת לחץ דם נוזל, או ממתכת, או ממתכת, או ממתכת נוזל, או ממתכת, לאחר מכן, אשר מופעלת לחץ דם נוזל, לאחר מכן, אשר מופעלת, אשר מופעלת, לאחר מכן, 000.

המונחים: key Performance Parameters

המדדים הקריטיים ל-Tyopump הם:

  • עלייה ( ⁇ P): עלייה במשאבת המשאבה לסילוק ( ⁇ P): עלייה במשאבת המשאבה לסילוק.משאבות בלחץ גבוה מודרני משיגות ⁇ P > 500 בר בצד הדלק במנועי בעירה מרוצפים.
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • יעילות:0 (Adiabatic יעילות:FLT:1 Aspect) כמה אנרגיית קלט מכני מועברת לנוזל כלחץ.- המדינה- of-of-the-art משאבות צנטריפוגות עולה על 85% יעילות.
  • (FLT:0) ראש הענישה החיובי (NPSH): ההרחבה 1 (הרווחה מעל לחץ פנוי הנדרש כדי להימנע מדלקת.שלבים אינדוקטריים משמשים לדרישות NPSH נמוכות יותר.
  • מהירות:0 (FLT:0) מהירות גבוהה: מהירות גבוהה של 1FLT (FLT:1) מקטין את גודל ומשקל; טורפי חמצן מסתובבים ב-20,000-40,000 רו"ח עבור מנועים גדולים, ועד 100,000+ ריאל עבור מנועי על גבי שלבים קטנים.

מעגלי חשמל וסידורי טורבומפ

בחירת מחזורי המנוע קובעת כיצד ה- turbopump מונע ומה יחסי הלחץ הם אפשריים. במחזורי גז (למשל, SpaceX Merlin), חלק מהדחף נשרף בגנרטור גז נפרד כדי להניע את טורבינות הדלק; הממצה מנקה את הפחתת יעילות אבל מפשטת את העיצוב.

חומרים וייצור פורצות דרך

התנאים הקיצוניים בתוך טורבינה בלחץ גבוה - temperatures החל מ Cryogenic (20 K עבור מימן) ליותר מ 1300 K בטורבינה, מתח רוטאלי מעל 500 MPa, וסביבות דחף קורוזי - חומרים תובעניים הדוחקים את הגבולות של מתכתמורגיה וקרמיקה.

Superalloys וחומרים משותפים

Superalloys מבוסס ניקל כגון Inconel 718 ו- MAR-M-247 נשארים סוסי עבודה עבור משווקים, דיור ודיסקים טורבינות, המציעים כוח גבוה בטמפרטורות גבוהות והתנגדות עייפות טובה.עם זאת, סגסוגת חדשה של משקעים ודחיסות מוצקה יותר מאשר ליכובשים חד-קליביים מופעלים מעל 1000 מעלות צלזיוס (Cide) ו-Cycrecrecide (Cre) הם עכשיו) כמו קירור Cvcrecres) באופן קבוע (Cide) הם מנועים) מסגסוגת Ccrys) מופעלים מופעלים מופעלים (Cycrys) ו-Cycrys) ו-Cide) באופן קבוע (Cide) כי הם עכשיו) כי הם עכשיו) מסגסוגת Cvd) כי הם מאוישומיים (Cycryscrys) מופעלים מופעלים מופעלים (מפרקים (Cide) באופן קבוע (מסגורים מופעלים (Cide) באופן קבוע (Cide) באופן קבוע (Cycrys) ו-Cide) הם מופעלים) באופן קבוע (Cide) באופן קבוע אחורית על ידי קירור מופעלים (Cide

ייצור תוספת (3D הדפסה)

ייצור אדקטיבית (AM) מהפכה ייצור טורפומפוס (Placele אבקת לייזר היתוך (LPBF) ו- אלקטרונים beam נמס (EBM) מאפשר ייצור של מפגעים מונוליטיים עם ערוצי קירור פנימיים מורכבים שאינם מסוגלים מכונה באופן קונבנציונלי יותר חיתוך זמן של הזרקת אורטר (aBM) מאפשר רמות שבץ מתקדמות יותר של צינורות קירור אופטיים (aoper) ו-micicstraopericicicicics) יש שימוש נרחב יותר במנועי קירור מהירים יותר של צינורות קירור מהירים יותר.

טיפול פנים וכיסויים

ציפוי מחסום תרמי (TBCs) של ytria-stabilized zirconia החל על ידי תרסיס פלזמה או אלקטרונים-beam פיזי vapor deposition להגן על רכיבים טורבינות מקורטוזיון גז חם.לבוש ציפויים עמידים כגון chromium carbide או titanium nitride להאריך את החיים של פיות ומשטחים. בנוסף, קשה ציפוי פחמן שרוף עבור תרופות אלה הם חיכוך קריטיים קריטיים קריטיים).

Aeroדינמית ו-hydrulic Design Optimization

התפתחות זעזועים מודרנית מסתמכת במידה רבה על דינמיקת נוזל חישובית (CFD) לתכנון להבים של ממריצים, תנודתיים, ו diffusers הממקסמים את היעילות תוך הימנעות מהפרדה זרימה ו cavitation.

Inducer and Main Impeller Design

הגורם הוא שלב זרימה דלת-סולמה של זרימה רכוב במעלה הזרם של המפגע הצנטריפוגג להגביר את הלחץ בlet ולמנוע משיכה.גורמים מתקדמים כוללים מגרש משתנה וסחף קצוות מובילים כדי להכיל מגוון רחב של תנאי זרימה.עבור תזרימי דלק גבוהים, המפגע העיקרי משלב לעתים קרובות שילוב של גיאומטריה רדיואקטיבית מעורבבת.

Diffuser and Volute Optimization

משתמשים חסרי משקל הם פשוטים אך מייצרים התאוששות לחץ נמוך; עיצובים מודרניים מוכוונים (בצורת אוויר-פוי) יכולים להתאושש עד 70% של הלחץ הדינמי אבל צריך להיות מתוכנן בזהירות להימנע דוכננים בנקודות מחוץ לתכנון.עיצוב להשתמש בתבניות חום תלת-ממדיות למניעת ניתוח חום חד-ממדי כדי ליצור את השדה זרימה עם התרחבות תרמית של קירות המטבוליים.

אסטרטגיות משיכה

Cavitation – היווצרות והתמוטטות של בועות ריקות בלחץ נמוך – היא גורם מוביל לנזק מטריד.מעצבים משתמשים כעת:

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) ביצועי הפיצול: FLT:1rea Multi-phase CFD באמצעות משוואות Rayleigh-Plesset כדי לחזות היווצרות בועות והתמוטטות.
  • (ב) ,0) ,7 ,7 הפחתה של הלהבים מעל הלהבים המעודדים את הסיכון לשחיקה המושרה.
  • (ב) ⁇ :0) בקרת זרימה עוברית: 1FLT:1 Grooves או חריצים בשריד אשר מסלקים נוזל בלחץ גבוה לתא, כמו גם גישה "צד הרתעה" המשמשת כמה משאבות תעשייתיות.

המונחים: Cooling, and Sealing Technologies

מהירויות סיבוביות גבוהות ו ⁇ תרמי קיצוניים דורשים מערכות מתוחכמות עבור נושאים, קירור, ואיטום - כל כישלון של נקודת יחיד פוטנציאלי.

דובים ורוטדינמיקה

דובים בכדור עדיין נפוצים בהרבה זעזועים (למשל, RD-180 משתמש ב-Dplex ball נושאת עבור משאבת החמצן), אבל הם דורשים עיצובים זוויתיים מדויקים ו-Lobrication זהירים זהירים.עבור חמצן Cryogenic, חומרים מלוטשים עצמי כמו PTFE מרוכבים וכדורי קרמיקה (silicon nitride) משמשים כדי למנוע שריפות מגנטיות, אשר פותחו את היסודות של לחץ דם גבוה, הם מופעלים עם חומרים ממריצים באופן קבוע, הם מציעים כוח פתורים, הם מופעלים, הם מספקים לחץ דם גבוה מאוד, הם מספקים, 000 פתורים, והם מספקים, 000 פתורים, 000 פתורים, הם מספקים, 000 פתורים מתקדמים מאוד, 000 פתורים, 000 פתורים, 000 פתורים מתקדמים, 000 פתורים, 000 פתורים, 000 פתורים, 000.

אסטרטגיות מגניבות

שלב הטורבינות רואה כמה מהטמפרטורות הגבוהות ביותר במנוע. Regenerative קירור - עקיפה מדחף מבוהג באמצעות ערוצים בדיור טורבינות והלהבים - הוא סטנדרטי.עבור עומסי חום קיצוניים, קירור הסרט מזרקת שכבה דקה של דחף קריר לאורך פני השטח הלהב באמצעות מערך של חורים קטנים. Transpiration קירור, שבו דחף מבטים דרך משטח ⁇ , מציע קירור יותר קשה אבל הוא ייצור כהה (מטען) הוא גורם תמיכה עצבית דרך צינורית (מחץ) הוא גורם עכשיו, מחוזק על ידי גירוי חום או קירור).

High-Pressure Seals

מניעת דליפת דחף בין חלקי רוטינג ותחנתיים - במיוחד בין הצדדים של החמצן לבין דלק במנועי הבעירה הממותגת - היא קריטית.לאביrinth הם נפוצים אך מוגבלים להבדלים בלחץ מתון. Brush Seals (חבילה של חוטים דקים) יכול להכיל כמה תנועה ולפעול במהירויות גבוהות עם דליפה נמוכה.

השפעה על ביצועי המנוע ומשימות

ההתקדמות הזו תורגמה ישירות לביצועים של מנוע שובר שיא.מנוע Raptor 2 של SpaceX, עם לחץ קאמרית של 230 בר ודחף של 230 טון, משיג דחף ספציפי ברמה הים של כ-30 שניות - בין הטוב ביותר עבור מעבדי kerosene/oxygen בשלב זה של מנוע הבעירה מ-D-180, כבר סיכות של op-op-reamsreams-Rateraterin-Raterin-Rine-Rine (מתאים) ל-Ricreperreperi-Riclevpintenrintto-Riclebtenrepop) מ-Ricretretto-Rine/oxygen, לעומת 2, לעומת 2, לעומת 2, הפונקציה RS-Riclevtion System-Riclevtion מנוע ה-Riclevtion System.

עלויות ההגשה והמחזור החיים

יעילות גבוהה יותר turbopumps אומר המנועים יכול לספק את אותו דחף עם צריכת דחף נמוך יותר, ישירות להפחית עלויות ההשקה.יתר על כן, השימוש בחומרים מתקדמים וניהול תרמי טוב יותר הרחיב את החיים של זעזועים מ דקות (למנועיים מיותרים) עד שעות (לחדש אלה) לדוגמה, מנוע Merlin 1D ב- 9 פלקון עף עשרות פעמים ללא הפרעה גדולה מעל פני השטח, הודות לציפוי חלל זה הוא שיפור.

Throttle Range and Thrust Vector control

זעזועים בלחץ גבוה גם מאפשרים הדבקה עמוקה, המאפשרים למנוע לפעול ברמות כוח נמוך כמו 40% של דחף מלא (כפי שהודגם על ידי מנוע Raptor) אזור משתנה מזריקים טורבינות לעבוד בתיאום עם המהירות הסוערת של מהירות שליטה חזקה כדי לשמור על יציבות בטווח רחב של וקטורל.

בדיקות ואימות

הדרך ל- Flight-qualified turbopumps רוצפת עם בדיקות קפדניות ברמות הרכיב והמערכת.

ספין פיט בדיקה

לפני בדיקת אש חמה, רקובים בודדים הם spun בתא ואקום כדי לאמת את השלמות מבנית בתנאים מהירים יותר. מצלמות מהירות גבוהה ומדני זנים לפקח על הלהב ואת מצבי רטט. בדיקות אלה מאשרים כי המפיץ יכול לשרוד את המהירות המקסימלית בתוספת שולי ללא פרץ. נתונים מספין משמשים כדי לאמת מודלים אלמנט סופי וכדי לחדד תחזיות חיי עייפות.

בדיקות חמות

ניגודים סוערים נבדקים במתקנים ייעודיים כמו מרכז החלל Stennis של נאס"א (E-1 ו- B-2 מבחן עומד) ואת אתר מבחן מקגרגור של SpaceX.מבחנים אלה מדדים את שערי זרימת המחירים, לחצים, טמפרטורה ורטט על פני המעטפה התפעולית המלאה. יציבות הבעירה מוערכת על ידי הצגת לחץ ל- RS-25, יותר מ -100 בדיקות חמות נערכות עם לוח הזמנים של טיפול רפואי.

שילוב מודלים

כיום, כל עיצוב טורפומפס נתמך על ידי ניתוחי CFD ו FEM כי לדמות כוחות נוזל, התרחבות תרמית ותגובה מבנית בו זמנית. מודלים נאמנות גבוהה יכול לחזות שולי, נושאים עומסים, ו ⁇ תרמי עם ביטחון, צמצום מספר של סטיות פיזיות יקרות. אלגוריתמי למידת מכונה משמשים כדי לייעל את פרופיל הלהב ואת הגיאומטריה גבוהה על פני אלפי נקודות עיצוב, תצורה כי הוא רק כדי לגלות שיטות אמפיריות.

כיוונים עתידיים

העשור הבא מבטיח עוד חידושים רדיקליים בטכנולוגיית טורפופ.

לחצים קיצוניים ואדריכלות מלאה

החוקרים בודקים לחץ תאים מעל 400 בר, אשר ידרוש לחץ מפריצות של 600 בר או יותר.לחץ כזה ידחוף superalloys לגבולות שלהם, וכנראה יחייב רכיבי קרמיקה או CMC עבור כל נתיב הגז החמים. Full-flowd combustion (אלקורי ייושמו ב Raptor) יהיה סטנדרטי עבור מנועי דחיפה מפני שהוא מאזן כוח ויעילות החילוץ.

בקרה פעילה ובקרת בריאות

חיישנים Embedded (מדדי זנים אופטיים, thermocouples, accelerometers) משולבים ישירות לתוך srupopump casing יאפשר ניטור בריאות בזמן אמת בשילוב עם microcontrols כי להתאים טורבינות על ידי עקפוש או preburner oxidizer / דלק יחס, בקרה פעילה יכול לדכא עלייה ו רטט, להאריך את החיים, ולהתאים נזק קטין זה הוא "מפוס" הוא פיתח" (Ricop) תחת סגסוגת טיפול תרופתי).

Ceramic Matrix Composites ו- Ceramic Bearings

CMCs כבר נכנסו לוויני טורבינות ושמיכות; הצעד הבא הוא לייצר גלגלי טורבינות מלאים מ CMCs, המציע ירידה במשקל 50% ואת היכולת לרוץ ללא פגע בטמפרטורות מעל 1400 מעלות צלזיוס באופן דומה, כל כדור ceramic נושאת (סילייקון nitride) ו פירורי סיליקון יכול לחסל את הצורך במערכות מורכבות סיכה בשכבת דיור במהירות גבוהה ריקבון.

In-Space Manufacturing and On-Demand Tuning

ייצור אדרטיבי יאפשר בסופו של דבר לטרפומפיות להיבנות בחלל באמצעות הזנה שמקורה אסטרואיד או regolith הירח.סביבת הכבידה מופחתת עשויה לאפשר מבנים מעוקלים שאינם אפשריים על פני כדור הארץ. יתר על כן, אלגוריתמים עיצוביים מבוססי AI יכולים ליצור גיאמטריה מסובכים מותאם לפרופיל משימה ספציפי - גבוה עבור ריכוז, יעילות גבוהה עבור החוף - עם ימים מודפסים על גבי כריית ומוסמך.

מסקנה

דחף בלחץ גבוה של חומרים, עיצוב CFD, ייצור AM וטכנולוגיה קירור פותחו רמות ביצועים לא ung של חומרת טילים, ואת הגל האחרון של התקדמות חומרים, עיצוב CFD, ייצור AM, וטכנולוגיה קירור כבר פתחה רמות ביצועים כי הם חומר מדע בדיוני רק לפני שני עשורים. עם לחצים תאים עכשיו מעל 300 בר ויעילות מתקרב גבולות תיאורטיים, מכונות אלה מאפשרות תשלום כבד יותר, resociable, אפילו יותר ויותר כוח המשיכה להיות פעיל, כמו גם פונקציות של חלל מתוחכמות, כמו גם יותר, כמו גם מתחמי שטח חם יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, כמו גם מתחמי, יותר ויותר פעיל, כמו גם מתחמי, כמו גם מתחמי שטח קרמי יותר, כמו גם מתחמי, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, יותר, כימות, כמו גם מתחמי שטח קרמתית, יותר, יותר, יותר, יותר ויותר פעיל יותר, יותר, יותר ויותר פעיל יותר, יותר ויותר, כמו גם מתחמיציפי מתכתב, יותר ויותר פעיל יותר ויותר פעיל, יותר ויותר, כמו גם מתחמיציפיד, יותר ויותר, יותר ויותר, יותר ויותר, יותר ויותר, כמו גם מתחמיצים של מתחמיציפי מתכתב,