Et forbrenningskammer er et kabinett som tåler plutselige endringer i trykk og temperatur , der forbrenning bevisst startes mellom spesifikke kjemiske stoffer. Dette kabinettet er designet for å oppnå et arbeid eller en kraft fra gassene som oppstår ved forbrenning før de evakueres.
Et forbrenningskammer innen astronautikk er innhegningen til en rakettmotor der forbrenning mellom drivmidler foregår . I en solid drivmotor består kammeret av selve drivstoffet. Den tilsvarende betegnelsen på engelsk er forbrenningskammer .
Forbrenningskammeret må utføre følgende funksjoner:
Den består av følgende to underenheter:
Injeksjonskortet inneholder hullene med hver injektor. Mønsteret til disse hullene er veldig viktig for å sikre effektiviteten i forbrenningen i kammerlegemet. Faktisk er denne effektiviteten nært knyttet til fordelingen av drivstoffsprayen (masse, blandingsforhold, dråpens størrelse); Det er derfor nødvendig å sikre ensartetheten av injeksjonen, den mest komplette fordampningen av drivmidlene i kammeret og unngå innvirkning av drivdråper på veggene i kammeret (som kan føre til erosjon av disse veggene eller til veldig rask og ukontrollerte kjemiske reaksjoner).
InjektorerDet er tre hovedtyper av injektorer. Den mest kjente av dem er den sekvensielle injeksjonen som vi har noen bilder av hva slags injeksjoner. Injektorene sørger for fordampning av hvert drivmiddel i kammeret og tillater blanding. Det er forskjellige typer, som hver har sine fordeler og ulemper:
i motsetning til dublett det sørger for god blanding og er lett å produsere; det er imidlertid veldig følsomt for designfeil og genererer blandingsgradienter som kan skade veggene. I tillegg, med hypergoliske drivmidler, er strukturen til strålen vanskelig å vedlikeholde. Dette er den type av injektoren som oftest brukes for lagringsbare drivmidler (for eksempel på oppstigningen motor av den LEM ). Injektorenes typiske vinkel er 60 °; i motsetning til triplet sammenlignet med den forrige, oppnås en aksial blanding; koaksial en veldig god blanding oppnås med et lavt trykkfall. Når innerrøret er spiralformet, forbedres effektiviteten ytterligere. Imidlertid er disse injektorene vanskelige å bearbeide; dusjhode veldig enkel å utføre, men det tillater ikke god blanding.Det finnes også andre varianter av injektorer. Noen er mer i stand til enn andre å bruke den tilgjengelige energien i strømmen for å sikre blanding og fordampning av drivmidlene. På den annen side gjøres dette til skade for forbrenningens stabilitet og for kompatibiliteten med veggene. Det er derfor et kompromiss å finne mellom injektorens effektivitet og valg av mønster på injeksjonsplaten. Til slutt kan vi klassifisere dem i fire kategorier:
injektorer ulik innvirkning (i motsetning til impinging ) forstøvning og blanding utføres ved direkte innvirkning av strålene til oksidanter og reduksjonsmidler. Blanding er mekanisk ved en dissipativ utveksling av momentum. Alt gjøres derfor i nærheten nær slagpunktet. Følgelig foregår forbrenningen veldig nær injektorene og produserer betydelige varmestrømninger på disse elementene og på strømningene som forlater dem, og forårsaker (spesielt for hypergoliske drivmidler) ødeleggelsen av strømmen; injektorer lignende støt ( som impinging ) forstøvningen av strålene gjøres på samme måte som før, det vil si ved direkte innvirkning, men denne gangen mellom to stråler av samme art (to stråler med reduksjonsmidler påvirker hverandre og to stråler med oksidanter mellom seg). De to således oppnådde sprayene blandes deretter nedstrøms. Denne metoden brukes spesielt for store LOX / RP-1 injektorer (spesielt F-1 fra Saturn V ); gratis injektorer støter ( ikke-impinging ) koaksial og dusjhode faller inn i denne kategorien. Den brukes til å blande et gassdrivmiddel med et flytende drivmiddel, idet blandingen gjøres ved friksjon av de to strålene. Dusjhodet ble brukt fra starten på V2 og deretter på en av de nordamerikanske X-15 motorene . Foreløpig brukes den fremdeles i periferien av injeksjonsplatene for å sikre kjøling av film ( filmkjøling ) av veggene i kammeret; hybridinjektorer Denne kategorien inkluderer nålen injektoren og plaskeplaten . ForbrenningsstabilitetForbrenningsinstabilitet skyldes en kobling mellom forbrenningsprosessen og dynamikken i forskjellige væsker. Denne koblingen bestemmes i det vesentlige av injektorene. Disse ustabilitetene har ofte en skadelig effekt på thrusterens oppførsel og må derfor elimineres.
Det finnes forskjellige typer ustabilitet:
Chugging , buzz og hybrid ustabilitet fjernes ved å gjøre justeringer på drivstoff- og innsprøytningssystemet. Akustiske ustabiliteter fjernes ved å legge til elementer i forbrenningskammeret.
Forbrenningskammerets kropp må tåle ekstremt høye temperaturer (flere tusen grader Celsius) og trykk som, avhengig av motor, varierer fra flere titalls til flere hundre barer. For store motorer tåler ingen legeringer disse temperaturene i løpet av driftstiden. Løsningen som vanligvis implementeres består i å sirkulere et av drivstoffene i veggen (vanligvis drivstoffet ( flytende hydrogen , RP-1 / parafin , etc. )) som absorberer varmen ved å transformere den til mekanisk energi før den injiseres i veggen. forbrenningskammer. Dette konvektive kjølesystemet sies å være regenerativt . Amerikanske motorprodusenter, etterlignet av andre nasjoner (unntatt Sovjetunionen / Russland), produserer forbrenningskammerets vegger ved å plassere hundrevis av vertikale rør (kjølekanalene), sveiset sammen, som følger konturene i kammeret. fra dysens hals og utgjør hele eller deler av dysen. Sovjetiske / russiske motorprodusenter foretrekker et dobbeltveggsystem med en innvendig skillevegg som er lettere å produsere. Når rakettmotorsystemet er av typen utvidelsessyklus, brukes den mekaniske energien som oppnås ved oppvarming av drivstoffet til å rotere turbinen til turbopumpen , og presse drivmidlene før de injiseres i drivstoffets forbrenningskammer.
Injeksjonssystemet sørger for innføring av oksidant og reduksjonsmiddel i kammeret. De to typer injeksjoner er enkeltpunkts- eller flerpunktsinjeksjoner mens de tre undergruppene er samtidig, gruppert eller sekvensielt.
Sekvensiell injeksjon i flerpunkts sekvensielt injeksjonssystem bestemmes rekkefølgen av injeksjon av skyteordren. Injeksjonen utføres vanligvis under eller like før åpningen av inntaksventilen . Denne prosedyren sikrer en jevn fordeling av bensin til hver av sylindrene. Samtidig injeksjon i flerpunktssystemer med samtidig injeksjon, åpner mikrocomputeren alle injektorene samtidig uavhengig av posisjonen til inntaksventilen eller fasen i motorens driftssyklus. Det sprayede drivstoffet forblir "på vent" til det trekkes inn i forbrenningskammeret når innløpsventilen åpnes. Åpningen av injektorene kan kontrolleres en gang for hver to motoromdreininger eller for hver omdreining når forholdene tilsier berikelsen av blandingen.Strategiene som er brukt av produsentene kan variere, og som et eksempel kan injeksjonen utføres samtidig hvis batterispenningen er for lav eller hvis mikrocomputeren opplever en anomali. I andre tilfeller utføres injeksjonen samtidig når drivstoffbehovet er større.