膨脹循環
此條目沒有列出任何參考或來源。 (2024年11月8日) |
膨脹循環（Expander cycle）是雙元液體推進劑火箭發動機的一種動力循環，能提高燃料供給的效率。
在膨脹循環中，燃料燃燒前通常被主燃燒室的餘熱加熱。當液態燃料通過在燃燒室壁裏的冷卻通道時，相變成氣態。氣態燃料產生的氣壓差推動渦輪泵轉動。從而使推進劑高速進入推力室燃燒產生推力。
鐘罩形的發動機由於沒有足夠的噴嘴面積來加熱燃料來驅動渦輪機，因此單純的膨脹循環發動機的推力最多300KN。更高的推力級可以靠燃料分流來達到，一部分燃料被分流到渦輪機和推力室的冷卻通道，最後一起注入主燃燒室。瓦形發動機由於廢氣緊貼室壁，因此傳熱效率更高，可以產生更大的推力。兩種類型的發動機都必須使用低溫燃料，例如液氫、甲烷、丙烷等，這些燃料可以輕易達到沸點。
有些膨脹循環發動機使用燃氣發生器來啟動渦輪機，直到燃燒室和噴管加熱的燃料產生的壓力能獨自啟動渦輪機。
膨脹排放循環（開放循環）
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這種工作循環是傳統膨脹循環的改進。排放循環中，只有一小部分推進劑用來驅動渦輪並拋棄，並沒有注入燃燒室。排出渦輪廢氣使通過渦輪的氣壓降最大化，從而提高了渦輪泵的輸出功率，其理論最大推力為2000kN。但犧牲了發動機推力及效率。使用此種循環的有日本的LE-5A/B，據說性能較傳統膨脹循環更優。此外日本的LE-9是世界上第一台膨脹排放循環高推力發動機，其推力達到1471kN。
優點
相對其他設計，膨脹循環有如下優點：
- 容錯性：在RL-10開發期間，工程師擔心燃料箱裏的絕緣泡沫可能脫落從而引起發動機故障。他們故意放置鬆動的泡沫來測試這種情形。RL-10運行平穩，並未出現故障或性能損耗。而常規的使用燃氣發生器的發動機即使一小塊泡沫脫落也會造成嚴重後果。而膨脹循環所採用的燃料管道通常比較粗，對這種意外情況有較強的適應性。
- 固有安全性：因為膨脹循環發動機的推力是有限的，因此在設計時可以很容易地將理論最大推力情況考慮在內。而在其他類型的發動機中，反饋系統故障或類似的問題可能導致發動機失控，其他類型的發動機需要複雜的機械或電子控制器來確保這種情況不會發生。膨脹循環不會出這種故障。
利用
膨脹循環發動機已經被用於：
- 半人馬座上面級
- DC-X計劃中的單級入軌火箭，未曾進行軌道飛行。