Ciao, come da titolo vorrei capire bene come funziona la pressurizzazione di un serbatoio in un sistema alimentato a turbopompe. In particolare mi interesserebbe sapere che criteri deve soddisfare la pressurizzazione e in che modo viene eseguita.
per quanto ne sappia, si usa elio gassoso caricato prima del lancio in appositi serbatoi collegati ai serbatoi di combustibile e comburente.
La pressione da mantenere è quella minima per eliminare o limitare la cavitazione delle pompe in funzione della loro vita utile. Un motore monouso può tollerare che a fine lancio la pompa sia danneggiata al punto di non poter più essere utilizzata, se deve essere riutilizzato l’usura deve essere limitata dal numero di cicli che deve sostenere, richiedendo pressioni superiori. Considera che durante il lancio le azioni dinamiche contribuiscono all’incremento della pressione in aspirazione della pompa, così l’npsh che deve essere garantito tramite la pressurizzazione ad elio è inferiore
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Ok, grazie:) leggevo che durante il volo si usa anche il propellente evaporato per mantenere in pressione il serbatoio (immagino quello dovuto ad un isolamento non perfetto). In questo caso viene continuamente aggiunto elio o è sufficiente il propellente evaporato per mantenere il livello di pressione voluto?
Un altro dubbio che mi viene in mente è se la pressurizzazione avviene immettendo gas direttamente sul pelo libero del propellente o si usano altri sistemi
L’evaporazione è un fenomeno inevitabile, ma la regolazione viene sicuramente effettuata ugualmente in funzione della lettura dei valori. Sì non ci sono interfacce, l’elio è a contatto con il pelo libero della fase liquida dei propellenti, senza che ciò sia problematico, anche grazie all’accelerazione che mantiene il gas dalla parte opposta del motore. Non so, nel caso di motori a propellenti liquidi che possono essere accesi nello spazio, come venga gestita la fase di accensione. Quando il serbatoio fluttua anche il contenuto fluttua, rendendo possibile la presenza di gas in prossimità dell’aspirante delle pompe. Forse ci sono valvole che mantengono una certa quantità di liquido in una camera separata in fase di spegnimento, in modo che alla riaccensione sia disponibile. È una speculazione mia, non lo so
puoi usare degli ullage motor 
e volendo anche degli header tank come hai detto tu
Ok, quindi in base all’evaporazione si regola la valvola dell’elio
In caso dell’utilizzo di una pompa booster può bastare la sola pressione di vapore del propellente?
No, non basta.
O si pressurizza con elio o azoto (meno efficiente) e/o si utilizza una linea di ritorno dalla turbo pompa stessa.
Grazie:)
Ho ancora un dubbio, ho letto che nello space shuttle la pressurizzazione avviene prima del decollo tramite sistemi a terra, mentre in volo attraverso l’evaporazione del propellente. È sbagliato l’articolo che ho letto o effettivamente in questo caso è possibile utilizzare solo l’evaporazione?
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Dallo schema sembra vengano usati una parte del combustibile portato ad evaporazione dopo il raffreddamento dell’ugello e della camera di combustione e una parte dell’ossidante dopo il raffreddamento del pre bruciatore. Potrebbe funzionare così?
Che io sappia per i satelliti non si regola l’elio. All lancio l’elio sta in una tank separata e in orbita, prima del primo utilizzo del sistema propulsivo, si aprono le valvole dell’elio e si pressurizza il sistema.
E le valvole sono pyro, si aprono una volta sola.
(Per lo meno questo è quello che abbiamo fatto per EDRS-C, che è stata la mia prima LEOP).
Lo shuttle era diverso perché era riutilizzabile, ma per veicoli non riutilizzabili come ad esempio la Soyuz, credo che usino un sistema simile.
Edit: I sistemi di cui parlo io non sono alimentati a turbo pompe, quindi forse sono OT
In molti vettori è così, non in tutti.
Ad esempio starship/superheavy dovrebbe usare questa “pressurizzazione autogena” (ed era, probabilmente, uno dei test principali dello starhopper) mente il Falcon 9/FH usa solo l’elio.
Immagino però che la valvola sia regolabile nei veicoli spaziali con una propulsione prolungata, per mantenere la pressione costante. Nei satelliti magari non serve
Non è detto che la pressione debba essere costante, può anche essere che l’importante sia mantenere la pressione sopra ad una certa soglia, per garantire un funzionamento stabile. (Non prendere quello che ho scritto per oro colato)
Nei satelliti ad esempio la pressione scende di molto durante la vita operativa, man mano che negli anni si fanno manovre di station keeping. Ma il propulsore è comunque in grado di funzionare fino alla fine
La scelta tra un sistema e l’altro si basa principalmente sulla pressione necessaria nel serbatoio e sul volume di quest’ultimo?
Si, capito:) ma è comunque preferibile avere una pressione costante (per altri tipi di missione) o no?
Non lo so, non sono un gran esperto di lanciatori.
Ma se il propulsore fosse in grado di operare stabilmente sopra ad una certa soglia di pressione, non ci sarebbe bisogno di aggiungere la complicazione di una valvola regolabile e di un control loop. Più una cosa è complessa più c’è il rischio che non funzioni bene o si rompa…
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La scelta dipende da tantissimi fattori…
Comunque il tipo di propellente è l’elemento principale: per usare la pressurizzazione autogena devi usare solo propellenti criogenici.
Ad ogni modo nel sistemi a pompa è fondamentale mantenere una pressione minima nel serbatoio per evitare la cavitazione.
Soprattutto nei sistemi a pompa monostadio con grandi pressioni in camera di combustione.
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