Cicle expansor (eixida)

Cicle expansor d'eixida (cicle tancat).El refrigerante vaporizado per la tovera i la cámara espenta les turbines de les bombes de combustible i oxidant.

El cicle expansor és un cicle de potència dels motors eixida bipropelente destinat a millorar l'eficiència del suministrament de combustible.

Cicle expansor tancat

En un cicle d'expansió el combustible es calfa abans de la seua combustió, per lo general en el calor residual de la cambra principal de combustió. A mida que el combustible líquit passa a través de conductes de refrigeració en les parets de la cámara, es produïx un canvi de fase a estat gaseós. El combustible en estat gaseós s'expandix a través d'una turbina en la diferència de pressió entre la pressió de suministrament i la d'escape ambiental per a iniciar la rotació de la turbobomba. Açò pot proporcionar una capacitat d'arrancada de partida que s'utilisa en el motor Pratt & Whitney RL10. Esta potència d'arrancada s'utilisa per a impulsar les turbines que impulsen les bombes de combustible i oxidant aumentant la pressió dels propergoles i que fluïx cap a la cambra d'espente de la motora eixida. Despuix d'eixir de la turbina, el combustible s'injecta en l'oxidant en la cámara i es crema per a impulsar el vehícul.

Degut a que és necessari el canvi de fase es produïxen dos llimitacions. La primera és que tots els motors de cicle d'expansió necessiten utilisar un combustible criogènic com hidrogen, metà, propà o a lo manco un que alcance fàcilment el seu punt d'ebullició. La segona és que el cicle d'expansió l'espente està llimitat per la llei quadràtic-cúbica. A mida que aumenta el tamany de la tovera per a un espente cada volta major, la superfície de la tovera (a partir de la qual la calor es transferix al combustible) aumenta en el quadrat del radi. No obstant, el volum de combustible que deu calfar-se aumenta en funció de la gaveta del radi. Per tant, existix un tamany màxim del motor d'al voltant de 300 kN d'espente més allà del com la superfície de la tovera no és suficient per a calfar suficientment el combustible per a impulsar la turbina i per lo tant, les bombes de combustible. Per a conseguir majors nivells d'espente es pot conseguir utilisant un cicle d'expansió en bypass, a on una part del combustible passa per la turbina i l'espente o passages de refredat de la cambra i es van directament a l'injector de la cambra principal. Els motors aerospike no sofrixen les mateixes llimitacions ya que la forma llineal del motor no està subjecte a la llei quadràtic-cúbica. A mida que aumenta l'ample del motor, tant en el volum de combustible que es calfa i l'aument de l'energia tèrmica disponible de forma llineal, permetent que es puga construir motors arbitrariamente amples.

Alguns els motors de cicle d'expansió ampren algun tipo de generador de gas per a activar la turbina i aixina fer funcionar el motor fins que la cámara alcance les condicions que permeta evaporar al combustible.

Cicle expansor en porga (o cicle expansor obert)

Cicle expansor en sagnat (o cicle expansor obert). Similar al cicle tancat, pero en la diferència de que només una part del combustible usat com refrigerante és desviat per a impulsar la turbina, i després, en lloc de reinyectarse en la cámara, és porgat.

Este cicle operatiu és una modificació del cicle d'expansió tradicional. En un cicle porgat, també cridat sagnat, el cicle s'obri, només partix del combustible es calfa per a impulsar les turbines. Pero després es descarrega a l'atmòsfera, es porga, sense passar per la cámara. Per a incrementar l'eficiència de la turbina ya que aumenta la diferència de pressions. Un motor de cicle expansió tancat envia l'escape de la turbina a la cámara (vore image la dreta.) En açò no es desperdicia combustible per una atra part fa que la diferència de pressió siga menor i la turbina genere menys potència. La porga de l'eixida de la turbina permet major potència per la disminució de la contrapresión i la maximización de la caiguda de pressió a través de la turbina. En comparació a un cicle d'expansió estàndar, açò du a potència del motor més alta a costa de sacrificar alguna cosa l'eficiència del propergol (menor impuls específic del motor), degut essencialment a pèrdua del propergol porgat sense cremar-se. No obstant, en alguns casos, com els japonesos LE-5A /B, les millores de rendiment d'espente pot prevaldre conseguint-se una eficiència absoluta major.