Moteur d\'Aerospike

Le moteur d'aerospike de est un type de moteur-fusées De qui maintient son efficacité aérodynamique du à travers un éventail des altitudes par l'utilisation d'un bec d'aerospike. Pour cette raison le bec est parfois mentionné comme un bec altitude-compensateur . Un véhicule avec un moteur d'aerospike emploie 25-30% moins de carburant aux basses altitudes, où la plupart des missions ont le plus grand besoin de poussée . Des moteurs d'Aerospike ont été étudiés pendant un certain nombre d'années et sont les moteurs de ligne de base pour beaucoup de conceptions de la Simple-étape-à-orbite (SSTO) de et étaient également un compétiteur fort pour le moteur principal de navette spatiale de . Cependant, aucun moteur n'est dans la production commerciale. Les meilleurs aerospikes à grande échelle ont lieu toujours seulement en phases expérimentales.

La terminologie dans la littérature entourant ce sujet est légèrement confuse - l'aerospike de limite à l'origine a été employé pour la tuyère à noyau central tronquée de d'a (effiler très rudement coniquement) avec une certaine injection de gaz pour former une « transitoire d'air » pour aider à compenser l'absence de la queue de la prise. Cependant, fréquemment, une tuyère à noyau central intégrale est maintenant décrite en tant qu'étant un aerospike.

Variations

Plusieurs versions de la conception existent, différencié par leur forme. Dans l'aerospike toroïdal la transitoire est en forme de cuvette avec l'échappement sortant dans un anneau autour de la jante externe. Dans la théorie ceci exige une transitoire infiniment longue pour la meilleure efficacité, mais en soufflant un peu de gaz le centre d'une transitoire tronquée plus courte, quelque chose semblable peut être réalisé. Dans l'aerospike linéaire (le voient l'image en haut ) la transitoire se compose d'un plat triangulaire conique, avec l'échappement sortant de chaque côté au " ; thick" ; extrémité. Cette conception a l'avantage d'être empilable, permettant à plusieurs moteurs d'être placés dans une rangée pour faire un plus grand moteur tout en augmentant l'exécution de direction avec l'utilisation de la commande de commande de puissance individuelle de moteur.

Principes

Un moteur-fusées normal emploie une grande cloche de moteur pour diriger le gicleur de l'échappement du moteur vers le flux d'air environnant et pour maximiser son &ndash d'accélération ; et ainsi la poussée. Cependant, la conception appropriée de la cloche varie dans des conditions externes : un qui est conçu pour fonctionner aux hautes altitudes où la pression atmosphérique est les besoins inférieurs d'être beaucoup plus grande qu'un conçu pour des basses altitudes. Les pertes d'employer la conception fausse peuvent être significatives. Par exemple le moteur de la navette spatiale peut produire d'une vitesse d'échappement de de juste plus de 4.400 m/s dans l'espace, mais de seulement 3.500 m/s au niveau de la mer. Si une grande cloche (conçue pour l'opération d'haute altitude) étaient employées près du niveau de la mer, le poids supplémentaire de la cloche ne pourrait pas surmonter la poussée additionnelle gagnée. L'accord de la cloche à l'environnement moyen dans lequel le moteur fonctionnera est une tâche importante dans n'importe quelle conception de fusée.

L'aerospike essaye d'éviter ce problème. Au lieu de mettre le feu à l'échappement hors d'un petit trou au milieu d'une cloche, il est mis le feu le long du bord extérieur d'une saillie triangulaire, le " ; spike" ;. La transitoire forme un côté d'une cloche virtuelle, avec l'autre côté constitué par le &ndash extérieur d'air ; ainsi l'aérien-transitoire de .

L'idée derrière la conception d'aerospike est celle à la basse altitude que la pression ambiante comprime le sillage contre le bec. Le recyclage dans la zone basse de la cale peut alors soulever la pression là à ambiant proche. Puisque la pression sur le moteur est ambiante, ceci signifie que la base ne donne aucune poussée globale (mais elle signifie également que la présente partie du bec ne perd pas poussé en formant un vide partiel, ainsi la partie basse du bec peut être ignorée à la basse altitude).

Pendant que le vaisseau spatial s'élève à des altitudes plus élevées, la pression atmosphérique tenant l'échappement contre la transitoire diminue, permettant à l'échappement d'augmenter plus loin en tant qu'elle laisse le moteur. Ceci produit un effet comme cela d'une cloche qui se développe plus grande pendant que la pression atmosphérique tombe, fournissant la compensation d'altitude. De plus, bien que la pression de culot chute, la zone de recirculation garde la pression sur la base jusqu'à une fraction de 1 barre , une pression de qui n'est pas équilibrée par le vide proche sur le moteur ; cette différence dans la pression donne des frais supplémentaires poussés à l'altitude, contribuant à l'effet compensateur d'altitude.

Dans la théorie l'aerospike est légèrement moins efficace qu'une cloche conçue pour n'importe quelle altitude fixe donnée, pourtant il surpasse que la même cloche à presque toutes autres altitudes. La différence peut être considérable, avec des conceptions typiques réclamant plus d'efficacité de 90% à toutes les altitudes.

Les inconvénients des aerospikes semblent être poids supplémentaire pour la transitoire, et conditions de refroidissement accrues dues au secteur heated supplémentaire. De plus, le secteur refroidi plus grand peut réduire l'exécution au-dessous des niveaux théoriques en réduisant la pression contre le bec. En outre, les aerospikes fonctionnent relativement mal entre le mach 1-3 de , où le flux d'air autour du véhicule a à pression réduite, et ceci réduit la poussée.

Exécution

Le Rocketdyne a effectué une série prolongée d'essais dans les années 60 sur de diverses conceptions. Des modèles postérieurs de ces moteurs ont été basés sur le leur fortement - les machines fiables de moteur du J-2 et si la même sorte de niveaux poussés que les moteurs conventionnels ils étaient basées dessus ; 200.000 livre-force (kN de 890 ) dans le J-2T-200k , et 250.000 livres-force (manganèse 1.1) dans le J-2T-250k (T se rapporte à la chambre de combustion toroïdale). Trente ans après leur travail a été épousseté au loin encore pour l'usage dans le projet du X-33 de s de la NASA '. Dans ce cas-ci les machines légèrement améliorées de moteur de J-2S ont été utilisées avec une transitoire linéaire, créant le XRS-2200 . Après plus de développement et d'essai considérable, ce projet a été décommandé quand les réservoirs de carburant composés de X-33 ont à plusieurs reprises échoué.

Trois moteurs XRS-2200 ont été construits pendant le programme X-33 et ont subi l'essai au centre spatial de Stennis du de la NASA. Les essais monomoteurs étaient un succès, mais le programme a été arrêté avant que l'essai pour l'installation de 2 moteurs pourrait être accompli. Le XRS-2200 produit 204.420 livres-force poussées avec un I_sp de 339 secondes au niveau de la mer, et 266.230 livres-force poussées avec un I_sp de 436.5 secondes dans un vide.

Bien que l'annulation du programme X-33 ait été un recul pour la technologie d'aerospike, ce n'est pas la fin de l'histoire. Une étape importante a été réalisée quand un universitaire/équipe d'industrie communs d'université de l'Etat de la Californie de , Long Beach (CSULB) et le Garvey Spacecraft Corporation a avec succès effectué un essai de vol d'un moteur d'aerospike actionné parpropulseur dans le désert de Mojave sur le 2003 du 20 septembre . Les étudiants de CSULB avaient développé leur fusée du prospecteur 2 (P-2) using 1.000 un moteur d'aerospike de lb_f (4.

Le développement de petite taille de moteur d'aerospike using une configuration hybride de propulseur de la fusée a été continu par des membres de la société de recherches de réaction de . Un autre nouveau groupe aérospatial de recherche et développement a appelé le StoffelCorp qu'aérospatial a eu développé récemment et la charge statique a examiné une configuration hybride de fusée de bec d'aerospike avec le succès 2006. Des essais hybrides de moteur de fusée davantage de d'aerospike sont programmés pour 2007.

Davantage de progrès est venu en mars 2004 quand deux essais réussis ont été effectués au centre de recherches de vol de la NASA Dryden using les fusées de petite taille construites par le Blacksky Corporation , basée dans le Carlsbad, la Californie . Les deux fusées étaient combustible solide actionné et équipé des becs toroïdaux non-tronqués d'aerospike. Elles ont atteint un apogée de 26.000 pi et vitesses environ du mach 1.

RS-2200

Le RS-2200 est la conception pour le moteur plus grand d'aerospike dérivé du XRS-2200. Le RS-2200 était d'actionner le véhicule de la Simple-étape-à-orbite de VentureStar . Dans la dernière conception, sept RS-2200s produisant une poussée de 542.000 livres chacune amplifieraient le VentureStar dans la basse orbite terrestre. Le développement sur le RS-2200 a été formellement arrêté début 2001 où le programme du X-33 n'a pas reçu le placement initiatique du lancement de l'espace de . Le Lockheed Martin a choisi de ne pas continuer le programme de VentureStar sans n'importe quel appui de placement de la NASA.

Images additionnelles

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