1.什么是输送系统，有啥重要性？
        网上讲液体火箭发动机的帖子非常多，不过这些帖子大多都只讲了一个东西，那就是发动机。严格的说这都不能被叫做发动机，只能叫做推力室，因为输送系统也是发动机的一部分。
      
       举个例子：最强的液体火箭发动机是什么？很多人都知道是SSME、RD170这类。至于为什么是最强的，都知道因为使用了补燃循环，可以达到更高的燃烧室压力，所以有着高比冲。


        这类发动机在推力室方面有啥特别的优势吗？并没有~所谓的高压力完全是依靠强大的泵提供的，泵是输送系统的一部分。如果让我来评估一下各部分的重要性，我感觉推力室和输送系统完全可以三七分，甚至更高。

2.一个优秀的输送系统需要有哪些要求？
   1稳定性：能够保证流量的稳定供应，有效避免不稳定燃烧。
   2快速响应：也就是可以在短时间内完成所需要的指令。
   3完整的功能：比如吹除，紧急关机，以及燃料排泄等。
当然这篇文章我只会讲机械方面（此片只讲挤压式）的设计，虽然控制器的决定权也是很重要的，毕竟篇幅较大，我会留作另一篇讲解。

3.如何计算需要挤压气体量：
左边是充满气体的气瓶，右边是完成加压后气瓶与储罐压力相同。

       稍有常识的人都会知道，如果气瓶不够大或者压力不够就无法使得储罐有足够的压力。在此我将会讲讲如何计算出气瓶的最低要求。

理想气体状态方程

左边的最开始时气瓶的储气量。右边是完成储罐加压后的气瓶与储罐的储气量。

p1：气瓶储气压强    p2：储罐所需压强
v1：气瓶容积    v2：储罐容积
T1：气瓶温度    T2：储罐温度
虽然气体在膨胀过程中会有降温现象，不过并不明显，这里是考虑加压液氧，甲烷这类低温推进剂，气体进入储罐会降温造成体积大规模缩小。

设计输送系统的过程，通常储罐压力和容量都是确定的，而且气瓶的压力也是确定的，那么我们唯一不能确定的就是气瓶的容量了。

有时候需要求解满足要求的最低气瓶压力


4.管路设计：
      最早期我使用的就是这种图，其最大的优势就是简单。储罐下面利用单向阀进行密封（正常状态下单向阀需要一个压力才能开启），在当时国内的火箭爱好者在液氧的低温阀门技术方面的研究并不深入的情况下，使用全金属的单向阀是最保险的方案。需要加压是只需要拧开两个储罐上面的阀门就行，在电动阀门技术不成熟的时候甚至直接将这两个阀门换成单向阀（防止蒸汽进入另一个储罐），然后直接在远处开启气瓶的阀门也行。

正是因为其简单的设计，使得技术要求极低。但是这种设计有一个明显的问题：无法调节流量。

后来采用了这种方案

不过这种设计依旧有着以下的缺陷：
1.流量调节慢，启动震荡极大。因为储罐内有大量空腔，要对推进剂进行加压会使得阀门调节大大滞后于实际流量，最终结果是氧燃比难以调整。
2.没有紧急关机与吹除功能：一旦发动机开启将无法关闭，假如点火失败了，燃料也得和氧化剂喷洒在空中，极易发生爆炸。没有吹除功能，会使得发动机工作完毕后也有少量燃料在燃烧室内燃烧，不方便发动机的检查与拆除。
3.没有燃料排出功能：使得倾倒燃料及其麻烦，甚至需要拆管路，非常费时间。特别是有危险性的推进剂，极易造成人员受伤。

经过改进后便是这张图：


操作方法：以上阀门均为常闭阀门。
储罐预增压：只开启2
发动机工作：开启2，同时通过调节4来调节流量。
泄压：只开启3
吹除：只开启4
推进剂的排放：只开启5

本来可以只使用一个气瓶就可以完成加压，为什么后期改进了还使用两个气瓶呢？
其实这两个储罐的气体是不一样的，加压推进剂的气体为惰性（不具备助燃能力），比如二氧化碳、氮气、氩气。而氧化剂部分我使用氧气或者空气加压。
为什么要使用氧气呢？用惰性气体不是更好吗？
其实原因有两个，第一点是成本。
因为分离空气主要是使用里面的氮气用于化工生产，而氧气和氩气更像是提取氮气的副产品，其需求量远低于氮气。所以氧气的价格远低于氮气，使用氧气能够大大降低成本。
液氮：4元/L     液氧：1.6元/L        40L  10MPa   氮气80元   氧气20元     
以上价格不同地方不一样（如果有货车或者三轮的可以去厂家拿，价格可能只有一半甚至三分之一）
第二个原因：助燃性
用于吹除的气体怎么能有助燃性呢？
其实用于吹除的气体具有助燃性更好。首先氧气无毒无害，没有任何危险性。而燃料却具有较高的危险性，在发动机关机时，管内残余的燃料会被吹进发动机内。这时氧化剂管道吹入的是惰性气体，那么燃料会立即熄灭，最后会有一部分残留在发动机内，有一定的危险性。如果使用氧气对氧化剂管道进行吹除，那么会使得管道内残余的燃料完全燃烧，最后只剩下一个充满氧气的发动机燃烧室。危险性大大地降低。

相比之前的设计，在流量调节阀上也有较大的，从之前调节挤压气体处移动到了储罐下方，直接调节流量。虽然这样会使得阀门成本偏高，不过可以在开机初始阶段提供较大的供应压降，高压降可以大大提高流量供应的稳定性问题。

压降与流量的关系：


发动机内压与流量的关系

A：喉部面积   C：特征速度  

我可以发现发动机燃烧室压力和流量是成线性关系的，而喷注器压降却有一个根号。也就是说相同的喷注器（也包括管路阀门压降），流量越大喷注器压降与燃烧室压强的比例会越低，这样就会造成流量供应不稳定。

至于高压降提高流量供应稳定的效果如何，废话不多说，直接看图像。

波动最大的那个是燃烧室的压力波动（为了效果看起来明显实际上并没有这么大）。
中等的波动是压降与室压一样。波动最小的是压降是室压的两倍。
从这张图就可以看出提高压降可以大大提高推进剂供应的稳定性。

虽然这种设计达到了要求，但是也有一个问题那就是阀门数量过多，使得控制复杂（容错率极低，在实际操作中极易因为操作的失误造成发动机损坏），成本高昂。对此，后期版本我进行了简化，将储罐上方的三个阀门简化为一个九十度三通。

       在未启动时将阀门调节至右边的状态，这样气瓶不会对储罐加压。如果是使用液氧作为氧化剂，也不需要专门用于排除汽化液氧的排气阀。需要对储罐加压时调节到左边的状态，这样可以完成储罐的增压。当需要关机时，再切换至右边的状态，这时储罐内的高压气体快速吹入发动机内，既做到了储罐泄压，也完成了吹除，一举两得~

围观

挽尊

学习

学习了