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ピストンレス ポンプは、 3 つのチャンバー バルブ以外の 可動部品なしで流体を移動するように設計されたタイプのポンプです。
ポンプには、ポンプで送り出す流体のバルブ付き入口とバルブ付き出口（ポンプの底部）があり、圧力剤入口がポンプの上部にあるチャンバーが含まれています。蒸気や加圧ヘリウムなどの圧力剤を使用して、流体をポンプに送ります。
導入
NASA は、ターボポンプと同等の性能を持ちながら、80～90% 低いコストで実現する低コストのロケット燃料ポンプを開発しました。 [1]おそらく、液体ロケット事業への参入障壁として最も困難なのはターボポンプです。ターボポンプの設計には、多大なエンジニアリングの労力が必要で、製造とテストに費用がかかります。ターボポンプで燃料を供給するロケットエンジンの始動は複雑なプロセスで、多くのバルブとサブシステムを慎重に同期させる必要があります。実際、ビール航空宇宙は、巨大な圧力供給ブースターを製作することで、この問題を完全に回避しようとしました。彼らのブースターは飛行することはありませんでしたが、その背後にあるエンジニアリングは健全であり、低コストのポンプを自由に使えれば、ボーイングと競争できたかもしれません。このポンプは、圧力供給システムと比較して、タンクの質量を最大 90% 削減します。このポンプは、ロケットにとって本当に恩恵であることが証明されています。このポンプを使用することで、ロケットはそれほど重い荷物を運ぶ必要がなくなり、非常に高速で飛行できます。[2]
作業サイクル
サイクルは次のとおりです。
- 流体は入口バルブからチャンバーに入り、満たされます。出口バルブと加圧バルブは閉じられています。
- 入口バルブが閉じ、出口バルブと加圧バルブが開きます。加圧バルブによって流体が出口バルブに押し出されます。
- チャンバーが空になると、圧力バルブが閉じ、入口バルブが開き、続いて出口バルブが閉じます。
- このサイクルが繰り返されます。
ポンピング速度
ロケット エンジンには、大量の高圧燃料が必要です。多くの場合、ポンプのコストは推力室よりも高くなります。燃料を供給する 1 つの方法は、前述の高価なターボ ポンプを使用することです。別の方法は、燃料タンクを加圧することです。大きな燃料タンクを加圧するには、重くて高価なタンクが必要です。ただし、タンク全体を加圧するのではなく、メイン タンクの燃料を小さなポンプ室に排出し、そこで加圧するとします。安定した流量を実現するために、ポンプ システムは 2 つのポンプ室で構成され、各ポンプ室が各サイクルの半分で燃料を供給します。ポンプは、流体に直接作用する加圧ガスによって駆動されます。ポンプ システムの半分ごとに、低圧かつ高流量でメイン タンクから室に燃料が充填され、次に室に圧力がかけられ、次に高圧で中程度の流量で流体がエンジンに送られます。次に室の空気が抜かれ、サイクルが繰り返されます。システムは、入口流量が出口流量よりも高くなるように設計されています。これにより、一方のチャンバーを空にしている間に、もう一方のチャンバーを排気、再充填、加圧する時間ができます。ブレッドボード ポンプはテスト済みで、問題なく動作します。ハイ バージョンが設計および構築されており、20 gpm および 550 psi でポンプします。
ロケット工学への応用
これはロケットエンジンに推進剤を供給するために最も一般的に使用されます[要出典]。この構成では、エンジンへの推進剤の一定した流れを確保するために、反対のサイクルで動作する 2 つのポンプがよく使用されます。
このポンプは、タンクをはるかに軽量にできるという点で、圧力供給システムよりも優れています。ターボポンプと比較すると、ピストンレスポンプは設計がはるかに単純で、設計許容範囲もそれほど厳しくありません。
利点
このポンプのハードウェアのほぼすべてが圧力容器で構成されているため、重量が軽量です。可動部品は 10 個未満で、他のポンプで問題となるような潤滑の問題はありません。このポンプの設計と構造は単純明快で、精密部品は必要ありません。このデバイスは、標準的なターボポンプと比較して、重量がほぼ同じで、ユニット、エンジニアリング、テストのコストが低く、壊滅的な故障の可能性が低いという利点があります。このポンプは、圧力供給設計と比較して、ロケット全体の重量がはるかに軽く、ロケット燃料のタンクを高圧にする必要がないためロケットがはるかに安全であるという利点があります。ポンプは、長期間保管した後でも高い信頼性で起動できます。ロケットブースターオプションのターボポンプの交換に使用したり、深宇宙推進用の高圧タンクの交換に使用したりできます。また、衛星の軌道変更やステーションキーピングにも使用できます。
デメリット
ピストンレスポンプには、次のような欠点もあります。
- 駆動ガスより高い圧力までポンプすることはできません（面積比は 1:1）。
- 段階燃焼サイクルもエキスパンダーサイクルも使用できません。
- ガス発生器サイクルをピストンレスポンプと統合することも困難です。
- 生成されたガスは、両方の推進剤と化学的に適合する必要があります。
- このガス発生器はエンジンの点火始動時間を短縮します。
参照
参考文献
外部リンク
- Flometrics ピストンレスポンプページ
- ピストンレスポンプのドキュメント
- [1]
- [2]