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SSME HPF 涡轮泵
根据确定的发动机要求,根据优化每种推进剂的泵、驱动气体可用能量的涡轮机以及考虑寿命、重量和生产率的机械设计布置来选择涡轮泵配置。
用于具有类似密度燃料和氧化剂推进剂(例如 RP-1/LOX)和类似排放压力要求的发动机的泵通常在大约相同的速度下是最佳的。这使得燃料泵和氧化剂泵可以放置在同一轴上并由同一涡轮机(Redstone、Atlas、RS-27、F-1 和 XLR-132)驱动。最大泵速通常受到吸入性能要求的限制,以避免气蚀。最佳涡轮机效率需要一定的节线速度,该速度是轴速度和涡轮机直径的乘积。重量最小的涡轮机在结构和机械布置限制内具有最高的速度和最小的直径。
Mark 49F,用于 OTV
在设计阿特拉斯增压和维持涡轮泵时,泵和涡轮的速度独立优化,并与减速齿轮箱连接在一起,这需要开发高负载齿轮系以尽量减少涡轮泵的重量,但考虑到根据当时吸力性能、涡轮性能和材料技术的最佳设计选择。
在设计 F-1 涡轮泵时,开发了倾斜诱导轮技术以提高泵的吸入性能。这允许将泵和涡轮设计为在同一轴上以相同的速度运行,并消除了对 60,000 马力减速齿轮箱的需求,而这无论如何可能是不可行的。
Mark 15F,与 J-2 一起使用。
J-2 是第一台使用液氢 (LH2) 作为燃料、液氧 (O2) 作为氧化剂的气体发生器循环发动机。低密度液态氢需要以比 LO2 泵高得多的速度运行燃油泵,以产生所需的高扬程。高固体度诱导轮技术已经开发出来,可以以更高的速度优化 LH2 泵,并用单独的涡轮机驱动泵。涡轮机串联布置,以最好地利用大压力比的可用能量,并最大限度地提高各自速度下的涡轮机效率。
与 F-1 或 J-2 发动机相比,为 SSME 选择 3,000 psi 室压力和分级燃烧循环以最大化比冲,显着增加了涡轮泵的要求。预燃器和涡轮压降与高燃烧室压力串联增加,导致 LO2 和 LH2 泵的排出压力分别为 8,500 psia 和 7,000 psia。
推进剂罐压力也被最小化,以优化航天飞机的重量。低入口压力(低 NPSP)和所需的高排放压力相结合,需要单独的增压泵来优化涡轮机械的重量。低压燃料涡轮泵和低压氧化剂涡轮泵在低NPSP下接收推进剂,并充分提高其压力以优化高速下的高压燃料和氧化剂涡轮泵。增加四个涡轮泵的复杂性是合理的,可以优化涡轮机械的重量并保持吸入性能裕度以确保发动机安全运行。高泵排出压力和流量要求,再加上高压富氢蒸汽驱动的高马力涡轮机,使得 SSME 涡轮泵在火箭发动机涡轮机械领域取得了重大进步。
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