ロケットの開発者への私たちの世界の不完全さに支払われなければならないオマージュは、多様で不快です。 今日は、液体推進剤エンジンの性能を改善するために支払わなければならないものと、タンク設計者を待つ目立たない問題についてお話します。
LRE操作スキーム
さまざまなスキームが存在するため、開発者は、望ましい利点（使いやすさ、生産の容易さ、高い牽引力または高い固有の衝動）および許容できる欠点を備えた適切なスキームを選択できます。
変位フィード
最も簡単なオプション。 ブーストガス圧（最初は窒素があり、現在ヘリウムに大量に切り替えられています）は、エンジンの吸気口に必要な圧力パラメーターを提供します。 GIRDとゴダードの最初のロケット実験は変位フィードで実行されましたが、時間をかけてシーンを離れませんでした。 このスキームは、衛星や宇宙船の推進システムで使用されます。 連合、シャトル、アポロはそれを使用しました。 特に良好な排気流量は、その自己着火によりUDMH / AT燃料ペアと組み合わされます。 複数のインクルードの可能性を備えたシンプルで信頼性の高いエンジンであることが判明しました。
利点：
- シンプル。
- 信頼性
- 安さ。
- ターボポンプの質量損失はありません。
- 低推力エンジン向けの高性能
短所：
- 低比インパルス。
- スラスタにはあまり適していません。
開回路
トラクション、特定のインパルス、およびエンジン出力を高めるために、ポンプがすでに必要でした。 必要なパラメーターを提供できるのはタービンのみです。 最初の「実際の」ロケット-「V-2」、「R-7」では、タービンを駆動するために別の作動物質が使用されました-過酸化水素が、燃料成分のごく一部を燃焼するように切り替わりました。 最初は、ガス発生器の排気口が単に側面に捨てられ、非常に壮大なトーチが得られました。
Atlasロケットを打ち上げます。 トーチのサイズ、パワー、色に注意してください。 TNAは、空中で燃え尽きる過剰な燃料に作用することがはっきりとわかります。
船外の発電機ガスの排水は無駄に見えたので、ノズルの超臨界部に送られ始めました-そして少しのUIが追加され、 カーテンがどのように機能するか：
古典的な写真-F-1エンジン
ただし、開回路ガス発生器の排水には、ロール制御エンジンとしての別の興味深い使用例があります。
Falcon-9ロケットの第2ステージ。 排気管の回転は、ステージのロールを制御するねじれ力につながります。
ダイナミクスを見る（3分目から）
現在、開回路が使用されており、近い将来に消えることはほとんどありません。 MIの損失は比較的小さいため、より強力なエンジン（ F-1 ）または安価なエンジン（ RS-68 ）を作成したり、リソースが限られたチーム（ Merlin ）で開発を可能にしたりできます。
利点：
- 閉回路よりも簡単で安価です。
短所：
- 閉回路よりも特定のインパルスが少ない。
閉回路
エンジンのSIを向上させる論理的な解決策は、ガスジェネレーターの排気を燃焼室に送り、トラクションを生み出すのに最適な条件下で燃焼させることでした。 このタスクは非常に困難であることが判明しました-燃焼室に多くの圧力があります。もう1つのフィードバック「TNA燃焼室」が追加されるため、エンジンの安定性について追加の質問が発生します。 クローズドサーキットのエンジンはソ連によって最初に作られました。NK-15とNK-33は重いN-1ロケットに搭載され、RD-253はプロトンに搭載されました。 米国はこの回路をかなり遅れて取り上げました。米国の閉回路で最初のロケットエンジンはSSMEマーチングシャトルエンジンでしたが、酸素/水素のペアで最初の閉サイクルエンジンになりました。
エンジンの複雑さを賞賛する 
利点：
- 最大のIA。
短所：
- 最も複雑で高価なスキーム。
相転移回路
ロケットエンジン物理学のエレガントな「ハック」-エンジンノズルを冷却する必要性は、ターボポンプの動作のエネルギー源として使用されます。 この回路は、ケンタウロスの加速ユニットで50年間使用されてきたRL-10エンジン用に開発されました。
利点：
- TNAで質量損失はありません。
- 設計のシンプルさ。
- 信頼性
短所：
- 酸素と水素のペアにのみ適しています。
- TNAを使用した回路よりも圧力が低いため、UIは低くなります。
タンク内部
ロケットの戦車の中には興味深いものがたくさんあります。 タンクは上下にあるため、「上部」コンポーネントを供給するためのパイプライン、ブーストパイプラインが必要です。また、温度が異なる近くの燃料コンポーネントを見つける問題を解決する必要があるかもしれません。 また、燃料の変動の問題もあり、これも対処する必要があります。
配管部品
これは、ソユーズ2.1vロケットの第1ステージの燃料タンク（下部）です。 大きなコルゲートパイプに注意してください。 これは酸化剤導管です。 酸化剤は液体酸素であるため、灯油がパイプ上で凍結しないように断熱材を置く必要があります。 残念ながら、これにはすべて追加の質量が必要です。
そして、これはアンガラ打ち上げ機です。 黄色で強調表示-同じ機能を実行するパイプライン。 比率から判断すると、これは酸化剤パイプラインでもあります（酸素タンクは酸素とケロセンのペアでは灯油よりも大きい）が、生産コストを単純化して削減するために側面から取り出しています。 一方では、これは審美的ではありませんが、デジタル制御システムはミサイルの非対称性に対処します。
タンク間コンパートメント
Saturn-Vロケットの2番目と3番目のステージでは、非常に美しいソリューションが適用されました-酸素タンクと水素タンクには共通の壁がありました。
左側はタンク間コンパートメントを備えた最初のステージで、右側は共通の壁を備えた2番目のステージです。 赤は燃料、青は酸化剤です。
難しかったのは、液体水素と酸素の温度差が摂氏70度だったことです。 したがって、壁は断熱材を挟んだ2層のアルミニウムで構成されていました。 この設計により、第2段階で3.6トンも節約できました。 不思議なことに、スペースシャトルの燃料タンクは、ある意味、一歩後退したものでした。古典的なタンク間コンパートメントがありました。
ブーストパイプ
上記のSSMEスキームを展開した場合、ガス化した水素と酸素がそこから出るのが見えました。 それらは、対応するタンクをブーストするために使用されました。 一方では、個々のブーストガスタンクの重量を節約し、他方では、追加のパイプラインを受け取りました。
同じ写真が大きいです。
減衰パーティション
タンクのセクションの写真を注意深く調べてみると、シャトルタンクの底に幅とクロスの異なるリングがあります。 これらは、燃料の振動を減衰させるための特別な要素です。
シャトルの燃料タンクの底にある十字は、タンクが空のときに漏斗が形成されるのを防ぐために使用されます。 事実は、漏斗が燃料のガス成分の吸引につながる可能性があり、パイプラインとエンジンで問題を引き起こす可能性があることです。
リング状の要素は、燃料の振動を減衰させるために使用されます。 液体であるため、操作中に燃料が一方の壁に溢れると、安定化システムに問題が生じる可能性があります。 土星の第1段階のように、パーティションは非常に大きくなる可能性があります。
または、土星Vの第3段階のように、実質的に欠席します。
ビデオは長いですが、見ることをお勧めします-ロケットの加速時および無重力での液体水素の挙動は非常に興味深いです。
一般的なルールは、ステップからの操作が多いほど、パーティションのサイズが大きくなることです。 たとえば、ソ連のブロック「E」は、ボストークの打ち上げロケットの第3段階です。 ここでは、ユニットは非常に積極的に操縦でき、燃料を飛散させることができないため、パーティションはタンクのほぼ全高です。
そして、これらすべては、悲しいことに、追加の質量コストです。
タンク排出および同期システム
対処する必要がある別の問題。 まず、各エンジンの燃焼はやや独特です。 トラクションと燃料成分の消費量には確かに小さな変動があります。 1つのエンジンであっても、燃料と酸化剤が同時に終了するように特別なシステムを設置する必要があります。 また、複数のタンクまたはサイドステップがある場合は、いくつかのステップでコンポーネントを同時に完了できるようにする特別なシステムをインストールする必要があります。 現在、このシステムは燃費制御システムとも呼ばれ、一連のレベルセンサーとデジタルコンピューターで構成されており、ロケット制御に加えてこの問題も解決します。
ソユーズ打上げ機の第3段階。 タンクの軸に沿って、SURTのレベルセンサーがあります。
しかし、SURTの努力にもかかわらず、彼女自身は精度に限界があるため、燃料の一部がまだ失われています。 給油時に考慮され、いわゆる追加されます。 「燃料供給の保証。」
エピローグ
「Moon Machines」シリーズ（ ロシア語版 、 英語版 ）をご覧になることをお勧めします。 宇宙技術の設計で解決しなければならない困難を非常によく明確に示しました。
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