Et forbrændingskammer er et kabinet, der er i stand til at modstå pludselige ændringer i tryk og temperatur , hvor forbrænding bevidst initieres mellem specifikke kemiske stoffer. Dette kabinet er designet til at opnå et arbejde eller en kraft fra de gasser, der skyldes forbrænding , før de evakueres.
Et forbrændingskammer inden for astronautik er kabinettet til en raketmotor, hvor forbrænding mellem drivmidler finder sted . I en solid drivmotor består kammeret af selve drivmidlet. Det tilsvarende udtryk på engelsk er forbrændingskammer .
Forbrændingskammeret skal udføre følgende funktioner:
Den består af følgende to undergrupper:
Injektionskortet indeholder hullerne med hver injektor. Mønsteret for disse huller er meget vigtigt for at sikre effektiviteten af forbrændingen i kammerlegemet. Faktisk er denne effektivitet tæt knyttet til fordelingen af drivmiddel spray (masse, blandingsforhold, dråbestørrelse); Det er derfor nødvendigt at sikre injektionens ensartethed, den mest komplette fordampning af drivmidlerne i kammeret og undgå påvirkningen af dråber af drivmidler på kammerets vægge (hvilket kan føre til erosion af disse vægge eller til meget hurtig og ukontrollerede kemiske reaktioner).
InjektorerDer er tre hovedtyper af injektorer. Den bedst kendte af dem er den sekventielle indsprøjtning, som vi har nogle billeder af, hvilke former for injektioner. Injektorerne sikrer fordampning af hvert drivmiddel i kammeret og tillader blanding. Der er forskellige typer, som hver har sine fordele og ulemper:
i modsætning til dublet det sikrer god blanding og er let at fremstille; det er dog meget følsomt over for designfejl og genererer blandingsgradienter, der kan beskadige væggene. Derudover er strålens struktur vanskelig at vedligeholde med hypergoliske drivmidler. Dette er den type af injektoren oftest anvendes til kan gemmes drivmidler (for eksempel på opstigningen motor LEM ). Injektorernes typiske vinkel er 60 °; i modsætning til triplet sammenlignet med den foregående opnås en aksial blanding; koaksial en meget god blanding opnås med et lavt trykfald. Når det indre rør er spiralformet, forbedres effektiviteten yderligere. Disse injektorer er imidlertid vanskelige at bearbejde; brusehoved meget let at udføre, men det tillader ikke god blanding.Der er også andre varianter af injektorer. Nogle er mere i stand end andre til at bruge den tilgængelige energi i strømmen for at sikre blanding og fordampning af drivmidlerne. På den anden side gøres dette til skade for forbrændingens stabilitet og for kompatibiliteten med væggene. Det er derfor et kompromis, der skal findes mellem injektorens effektivitet og valget af mønster på injektionspladen. Endelig kan vi klassificere dem i fire kategorier:
injektorer forskellig indvirkning (i modsætning til at slå ) forstøvning og blanding udføres ved direkte påvirkning af strålerne af oxidanter og reduktionsmidler. Blanding er mekanisk ved en dissipativ udveksling af momentum. Alt gøres derfor i nærheden tæt på slagpunktet. Derfor finder forbrænding sted meget tæt på injektorerne og frembringer betydelige varmestrømme på disse elementer og på strømningerne, der forlader dem, hvilket forårsager (især for hypergoliske drivmidler) ødelæggelsen af strømmen; injektorer lignende påvirkning ( som impinging ) forstøvningen af strålerne sker på samme måde som før, det vil sige ved direkte påvirkning, men denne gang mellem to stråler af samme art (to stråler af reduktionsmidler påvirker hinanden og to stråler af oxidanter imellem dem). De to således opnåede sprayer blandes derefter nedstrøms. Denne metode anvendes især til store LOX / RP-1 injektorer (især F-1 fra Saturn V ); gratis injektorer støder ( ikke-berører ) koaksial og brusehoved falder ind i denne kategori. Det bruges til at blande et gasdrivmiddel med et flydende drivmiddel, idet blandingen sker ved friktion af de to stråler. Brusehovedet blev brugt fra starten på V2 og derefter på en af de nordamerikanske X-15 motorer . I øjeblikket bruges den stadig i periferien af injektionspladerne for at sikre køling ved film ( filmafkøling ) af kammerets vægge; hybridinjektorer denne kategori inkluderer nåleinjektoren og stænkpladen . ForbrændingsstabilitetForbrændingsinstabiliteter skyldes en kobling mellem forbrændingsprocessen og dynamikken i forskellige væsker. Denne kobling bestemmes i det væsentlige af injektorerne. Disse ustabiliteter har oftest en skadelig virkning på thrusterens opførsel og skal derfor fjernes.
Der findes forskellige typer ustabiliteter:
Chugging , buzz og hybrid ustabilitet fjernes ved at foretage justeringer af brændstof- og indsprøjtningssystemet. Akustiske ustabiliteter fjernes ved at tilføje elementer til forbrændingskammeret.
Forbrændingskammerets krop skal kunne modstå ekstremt høje temperaturer (flere tusinde grader Celsius) og tryk, som afhængigt af motoren varierer fra flere tiere til flere hundrede barer. For store motorer kan ingen legeringer modstå disse temperaturer i hele driftstiden. Løsningen generelt implementeret består af cirkulerende i væggen af en af drivmidler (generelt brændstoffet ( flydende brint , RP-1 / petroleum , etc. )), der absorberer varmen og omdannes til mekanisk energi , før det sprøjtes ind i væggen. Den forbrændingskammer. Dette konvektive kølesystem siges at være regenerativt . Amerikanske motorfabrikanter, efterlignet af andre nationer (undtagen Sovjetunionen / Rusland), fremstiller forbrændingskammerets vægge ved at sidestille hundreder af lodrette rør (kølekanalerne), svejset sammen, som følger kammerets konturer. fra dysens hals og udgør hele eller en del af dysen. Sovjet / russiske motorproducenter foretrækker et dobbeltvægssystem med en indvendig skillevæg, der er lettere at fremstille. Når raketmotoren forsyningsnet er af ekspanderen cyklustypen den mekaniske energi, der opnås ved opvarmning af anvendte drivmiddel til at dreje turbinen af turbopump , tryksætning drivmidlerne før injektion dem i brændstoffet. Forbrændingskammeret.
Injektionssystemet sikrer introduktion af oxidationsmidlet og reduktionsmidlet i kammeret. De to typer injektioner er enkelt- eller flerpunktsinjektioner, mens de tre undergrupper er samtidige, grupperede eller sekventielle injektioner.
Sekventiel injektion i det flerpunkts sekventielle injektionssystem bestemmes rækkefølgen af injektionen af affyringsordren. Injektionen udføres normalt under eller kort før åbningen af indsugningsventilen . Denne procedure sikrer en lige fordeling af benzin til hver af cylindrene. Samtidig injektion i flerpunktssystemer med samtidig indsprøjtning åbner mikrocomputeren alle injektorerne samtidigt, uanset positionen af indsugningsventilen eller fasen i motorens driftscyklus. Det sprøjtede brændstof forbliver "på hold", indtil det trækkes ind i forbrændingskammeret, når indløbsventilen åbnes. Åbningen af injektorerne kan styres en gang for hver to motoromdrejninger eller for hver omdrejning, når forholdene dikterer berigelsen af blandingen.De strategier, der er vedtaget af producenterne, kan variere, og som eksempel kan injektionen udføres samtidigt, hvis batterispændingen er for lav, eller hvis mikrocomputeren oplever en anomali. I andre tilfælde udføres indsprøjtningen samtidigt, når brændstofbehovet er større.