| RS-25/SSME (RS-25) | |
|---|---|
| Tests på standeren til rumfærgens hovedmotor . | |
| Type | LRE |
| Brændstof | flydende brint |
| Oxidationsmiddel | flydende ilt |
| forbrændingskamre | en |
| Land | USA |
| Brug | |
| Driftstid | 12. april 1981 - i brug |
| Ansøgning | Rumfærge (rumfærge), SLS |
| Produktion | |
| Konstruktør | Rocketdyne , USA |
| Skabelsetiden | 1972 - 1977 |
| Produceret | siden 18. februar 1977 |
| Vægt- og størrelsesegenskaber |
|
| Vægt | 3390 kg |
| Højde | 4240 mm |
| Diameter | 2400 mm |
| Driftsegenskaber | |
| fremstød |
222,6 tf i vakuum (104,5% trækkraft) 181,4 tf ved havoverfladen |
| Specifik impuls |
452,5 s i vakuum 363 s ved havoverfladen |
| Arbejdstimer | 520 c |
| Tryk i forbrændingskammeret | 18,9 MPa (192,7 ved ) |
| Ekspansionsgrad | 77,50 |
| tryk-vægt forhold | 73,12 |
| Mediefiler på Wikimedia Commons | |
RS-25 (Rocket system 25, eng. Rocket System 25, RS-25 ) eller SSME ( eng. Space Shuttle Main Engine - rumfærgens hovedmotor) er en flydende raketmotor (LRE) fra Rocketdine , USA . Det blev brugt på svæveflyet i rumfærgen rumtransportsystem , som hver var udstyret med tre sådanne motorer. Hovedkomponenterne i en motors brændstof er flydende oxygen ( oxidationsmiddel ) og brint ( brændstof ). RS-25 bruger et lukket cyklusskema (med efterbrænding af generatorgas).
RS-25, i sin applikation på rumfærgen , brænder flydende ilt og brint, som kommer fra den centrale tank i transportsystemet. Rumfærgen MTKK brugte tre af disse motorer ved opsendelsen ud i rummet ud over det tryk, som solide boostere gav (udover de tre hovedmotorer havde rumfærgen 44 mindre raketmotorer rundt om overfladen, som var en del af det orbitale manøvresystem og jetkontrolsystem (RCS), der giver mulighed for at manøvrere i kredsløb). Til tider blev orbital manøvreringssystemet (OMS) også brugt ved opsendelsen.
Hver sådan motor giver op til 181,4 tf (1,8 MN ) tryk ved opsendelse. Den specifikke impuls af RS-25 er 453 s i vakuum og 363 s ved havoverfladen (henholdsvis 4440 og 3560 m/s). Motorens masse er 3,2 tons.
Funktioner ved implementeringen af denne motor er:
LRE RS-25 fungerer ved ekstreme temperaturer. Den flydende brint, der bruges som brændstof, opbevares ved -253°C, mens temperaturen i forbrændingskammeret når 3300°C, hvilket er over jernets kogepunkt . Under drift bruger RS-25s 3917 liter brændstof i sekundet. Komponenternes massestrømshastighed i dette tilfælde:
Nedlukningen af motoren sker som følger: brændstof og oxidationsmiddel pumpet gennem rørledninger fra den centrale tank holder op med at strømme på grund af blokering af adgangen til brændstofrester til systemet; Brændstofsystemet, inklusive forbindelsen til de tre SSME'er, forbliver åbent for at udtømme resterende brændstof fra rørledningerne.
Motorerne blev fjernet efter hver flyvning og flyttet til SSME-inspektionscenteret ( SSME Processing Facility, SSMEPF ) for inspektion og udskiftning af alle nødvendige komponenter.
Oxidationsmidlet fra den eksterne brændstoftank kommer ind i orbiteren ved dockingforbindelsen af skytten med den eksterne tank og derefter ind i skyttens primære flydende iltforsyningssystem. Der forgrener den sig i tre kanaler, en for hver motor. I hver gren skal forventilen til flydende oxygen være åben for at tillade strømning til booster-THA-oxidationsmidlet ( eng. Low Pressure Oxidizer Turbopump, LPOTP ).
Oxidationsmidlets booster THA består af en aksialpumpe, der roteres af en seks-trins turbine, som tilføres flydende oxygen taget fra udløbet af hovediltpumpen. Pumpen i denne TNA øger trykket af flydende oxygen fra 100 til 422 psi (0,7 til 2,9 MPa ; 6,8 til 29,6 atm ). LPOTP-akslen roterer med ca. 5150 rpm (85,8 rpm ). Booster-THA-oxidationsmidlet er ca. 457 x 457 mm (18 x 18 tommer) og er forbundet til forsyningsledningen med flydende oxygen og fastgjort til shuttlestrukturen. Strømmen fra booster-THA-oxidationsmidlet føres ind i hovedoxidationspumpen på hoved-HHA-oxidationsmidlet (i det følgende benævnt THA-oxidationsmidlet - engelsk High-Pressure Oxidizer Turbopump, HPOTP ). HPOTP består af to et-trins centrifugalpumper - hovedoxidationspumpen og forgasningsoxidationspumpen - der er monteret på samme aksel og drevet af en to-trins turbine, som igen drives af generatorgassen fra oxidatoren GG. THA. Mens motoren kører, gør tryksætning af forpumpens oxidationsmiddel det muligt for HPOTP-hovedoxidationspumpen at arbejde ved høje hastigheder uden kavitation .
Hovedoxidationspumpen hæver oxidationsmidlets tryk fra 422 psi ved udgangen af oxidationsboosterpumpen til 4300 psi (2,9 til 30 MPa; 29,6 til 306 atm) og roterer med 28120 rpm (468,7 rpm). Den flydende iltstrøm efter hovedoxidationspumpen er opdelt i fire dele:
Da turbine- og HPOTP-pumperne er monteret på en fælles aksel, og turbinen drives af strømmen af varm reducerende generatorgas, skaber dette område en farlig nærhed af den reducerende gas i turbinen og flydende ilt i hovedpumpen. Af denne grund er oxidationsmidlets THA-turbine og hovedoxidationspumpen adskilt fra hinanden af et hulrum med tætninger, ind i hvilket der under motordrift tilføres helium ved et tryk, der overstiger oxidationsmidlets tryk ved pumpens udløb. Reduktion af heliumtrykket fører til en automatisk standsning af motoren.
Størrelsen af THA-oxidationsmidlet er ca. 610 x 914 mm (24 x 36 tommer). Det er flanget til generatorens gasmanifold.
Brændstof ( flydende brint ) kommer ind i shuttlen gennem en delt ventil i forsyningsrørledningen og i manifolden forgrener sig i tre identiske forsyningsgrene til hver motor. I hver forsyningsgren til flydende brint tillader en forventil flydende brint at komme ind i lavtryksbrændstofturbopumpen (LPFTP ), når forventilen er åben.
Brændstofboosteren HP består af en aksialpumpe drevet af en to-trins turbine, som roteres af brintgas, der kommer fra kølekappen på den kritiske del af dysen og forbrændingskammeret. Pumpen på denne HP øger trykket af flydende brint fra 30 til 276 psi (fra 0,2 til 1,9 MPa ; fra 2,0 til 19,4 atm ) og forsyner det til brændstofpumpen på hovedbrændstoffet HP (i det følgende benævnt brændstof-HK ) Højtryksbrændstofturbopumpe, HPFTP ) . Mens motoren kører, gør det at sætte boosterbrændstofpumpen under tryk, så hovedbrændstofpumpen kan arbejde ved høje hastigheder uden kavitation. Brændstofboosteren THA roterer med en frekvens på 16185 rpm (ca. 270 rpm). Størrelsen på brændstofforstærkeren THA er 18 x 24 tommer (ca. 457 x 610 mm). Den er forbundet til den flydende brintforsyningsrørledning og er fastgjort til shuttlestrukturen på den modsatte side af booster-TNA-oxidationsmidlet. Den flydende brintrørledning fra LPFTP til HPFTP er termisk isoleret for at undgå, at luften bliver flydende på overfladen.
Brændstoffet HPP består af en tre-trins centrifugal brændstofpumpe drevet af en to-trins turbine, der roteres af den reducerende varme gas fra brændstofgassen. Pumpen i denne TNA øger trykket af flydende brint fra 276 - ved udgangen af brændstofboosterpumpen - til 6515 psi (fra 1,9 til 45 MPa ; fra 19,4 til 458,9 atm ). Brændstofpumpen roterer med 35.360 rpm (ca. 589 rpm). Væskestrømmen ved pumpens udløb ledes til hovedbrændstofventilen og opdeles derefter i tre grene:
Størrelsen af THA-brændstoffet er 22 x 44 tommer (ca. 559 x 1117 mm). Det er flanget til generatorens gasmanifold.
Oxidations- og brændgasgeneratorerne er svejset til de varme gassamlere. Brændstof og oxidationsmiddel kommer ind i begge GG'er og blandes, så der kan opstå forbrænding. Tænderne er placeret i midten af blandehovedet på hver GG og repræsenterer et lille forkammer. Hver tænder indeholder to gnisttændere (til redundansformål), som styres af motorstyringen og bruges under motorstartprocessen til at antænde hver GG. De slukker efter cirka tre sekunder, fordi forbrændingsprocessen i GG'en bliver selvbærende. Brændstofgeneratoren genererer en reducerende generatorgas (gas med et overskud af ufuldstændigt forbrændt brændstof), som passerer gennem brændstof-HP-turbinen og roterer den og roterer HP-pumpen. Oxidationsmidlet HG genererer også en reduktionsgeneratorgas, der passerer gennem oxidationsmiddel-THA-turbinen og roterer den og drejer oxidationsmiddel-THA-pumperne.
Motortryk styres af fem ventiler på hver motor (GG Oxidizer Oxidizer, GG Fuel Oxidizer, Main Oxidizer Valve, Main Fuel Valve, Critical Nozzle Cooling Control Valve), som aktiveres hydraulisk og styres af elektriske signaler fra motorstyringen. De kan lukkes helt ved hjælp af et heliumforsyningssystem som backup-aktiveringssystem.
Omdrejningshastighederne af akslerne af oxidationsmidlets THA og brændstoffets THA afhænger af trykket af den varme gas, der genereres i den tilsvarende GG. Disse ventiler styres af motorstyringsenheden, som bruger dem til at øge eller mindske strømmen af flydende oxygen gennem den tilsvarende GG, øge eller mindske trykket i gasgeneratorerne og derved øge eller mindske rotationshastighederne for begge turbiner i hovedmotoren. HP, hvilket øger eller mindsker flowet af begge komponenter pumpet af de tilsvarende pumper højt tryk, hvilket øger eller mindsker motorkraften. Oxidationsventilerne på begge GG'er arbejder sammen for at kontrollere motorens trækkraft og opretholde et konstant komponentflowforhold på 6:1.
Hovedoxidationsventilen og hovedbrændstofventilen styrer strømmen af henholdsvis flydende oxygen og flydende brint til motoren og styres af hver motors styreenheder. Når motoren kører, er begge komponenters hovedventiler helt åbne.
Styringen af oxidationsmidlet og brændstof-THA udføres af motorstyringen ved at regulere strømningshastighederne af komponenterne med ventiler for at opretholde masseforholdet mellem brændstofkomponenter lig med 6:1.
Forbrændingskammeret (CC) modtager brændstofberiget varm gas fra kølekappemanifolden. Gasformigt brint og flydende oxygen kommer ind i forbrændingskammeret gennem en injektor, der blander brændstofkomponenter. En lille elektrisk tændingsefterbrænder er placeret i midten af injektoren. Den dobbelte standby-tænder bruges under motorstart til at starte forbrændingsprocessen. Hovedinjektoren og CC-keglen er svejset til varmgasmanifolden. Derudover er CS forbundet til varmgassamleren ved hjælp af bolteforbindelser.
Den indvendige overflade af OCS og dysen afkøles af flydende brint , som strømmer gennem svejsede rustfrie stålkanaler i væggen. Dysen er en klokkeformet forlængelse af CS-kroppen, som er forbundet til den med bolte . Længden er 2,9 m, den ydre diameter ved bunden er 2,4 m. Støtteringen, som er svejset til den øverste ende af dysen, er fastgørelsespunktet for orbiterens ydre varmeskjold. Termisk beskyttelse er nødvendig for dele af motoren, der udsættes for ekstern opvarmning under opsendelse, opstigning til kredsløb, under orbital flyvning og under retur fra kredsløb. Isoleringen består af fire lag metalplader beklædt med metalfolie .
Udvidelseskoefficienten for dysen i LRE RS-25, der er lig med 77, er for stor til, at motoren kan fungere ved havoverfladen ved et tryk i OCS, der er lig med 192,7 atm . I en dyse af denne størrelse skal der være en stall i jetstrømmen, hvilket kan give kontrolproblemer og endda mekanisk skade på skibet. For at forhindre en sådan udvikling af begivenheder ændrede Rocketdyne- ingeniører dysens ekspansionsvinkel, reducerede den nær udgangen, hvilket øgede trykket nær den ydre ring til 0,3-0,4 atm og generelt løste problemet. [en]
De fem brændstofventiler på RS-25 er hydraulisk aktiveret og elektrisk styret af controlleren. De kan lukkes helt ved hjælp af et heliumforsyningssystem som backup-aktiveringssystem.
Hovedoxidationsventilen og brændstoftrykreguleringsventilen bruges efter nedlukning. De forbliver åbne for at dumpe det resterende brændstof og oxidationsmiddel i brændstofsystemet over siden af skytten. Når nulstillingen er fuldført, lukker ventilerne og forbliver lukkede indtil slutningen af flyvningen.
Lejets sfæriske leje er boltet til hovedinjektorenheden og giver en forbindelse mellem motoren og shuttlen. Lavtrykspumperne er installeret i en vinkel på 180° fra bagsiden af shuttle-kroppen, som er designet til at modtage belastningen fra motorerne ved lanceringen. Rørledningerne fra pumper med lavt løftehøjde til højt løftehøjde giver plads og plads til at flytte motoren til trykvektorformål .
Kølekontrolventilen er placeret i køleomløbsledningen i den kritiske del af dysen på hver motor . Motorstyringen regulerer mængden af brint, der omgås af dysens kølekappe, og kontrollerer dermed dens temperatur. Kølekontrolventilen er helt åben, før motoren startes. Under motordrift er ventilen helt åben ved 100 til 109 % tryk for minimal afkøling. For et område af tryk fra 65 til 100 % vil dens position ændre sig fra 66,4 til 100 % af boringen for maksimal køling.
Throttling af SSME -tryk kan udføres i området fra 67 til 109 % af designeffekten. Under de igangværende lanceringer anvendes et niveau på 104,5%, og niveauer på 106-109% kan bruges i nødsituationer. Thrust er specificeret for havniveau og vakuum, hvor LRE klarer sig bedst på grund af fraværet af atmosfæriske effekter:
Specifikation af trykniveauer over 100 % betyder, at motoren kører over det normale niveau indstillet af udviklerne. Undersøgelser har vist, at sandsynligheden for SSME-fejl stiger, når du bruger en thrust over 104,5%, så drosling over det specificerede niveau er tilbage i tilfælde af nødsituationer under flyvning af rumfærgen MTKK . [2]
Motoren var oprindeligt beregnet til at blive brugt som hovedmotorer på Ares-5- last løfteraket og som motor for anden fase af den bemandede Ares-1 løfteraket . Selvom brugen af RS-25 i dette tilfælde lignede en udvikling af MTRC-teknologien efter dens formodede afgang i 2010, var der nogle ulemper ved denne løsning:
Efter nogle ændringer blev foretaget i designet af Ares-1 og Ares-5, blev det besluttet at bruge en modifikation af J-2X raketmotoren i Ares-1 andet trin og seks modificerede RS-68 B raketmotorer i Ares -5 første etape.
SLSMotoren vil blive brugt som hovedmotor i det supertunge løfteraket SLS (Space Launch System) til at sende bemandede ekspeditioner til Mars og Månen (for eksempel blev der den 29. juli 2016 udført brandtest af RS-25 , opgraderet til SLS-parametre [3] ).
| Rumfærgen program | ||
|---|---|---|
| Komponenter | ||
| Orbitere | ||
| lanceringskomplekser | ||
| Udvikling | ||
| Layouts | ||
| Andet | ||