Systémy na kapalné palivo nesou pohonnou hmotu v nádržích mimo spalovací komoru. Většina těchto motorů používá kapalné okysličovadlo a kapalné palivo, které se přečerpávají z příslušných nádrží pomocí čerpadel. Čerpadla zvyšují tlak nad provozní tlak motoru a pohonné látky jsou poté vstřikovány do motoru způsobem, který zajišťuje rozprašování a rychlé promíchání. Motory na kapalná paliva mají určité vlastnosti, díky nimž jsou v mnoha aplikacích vhodnější než motory na pevná paliva. Mezi tyto vlastnosti patří (1) vyšší dosažitelné efektivní rychlosti výfukových plynů (ve), (2) vyšší hmotnostní podíly (hmotnost pohonné hmoty dělená hmotností inertních složek) a (3) řízení provozní úrovně za letu (škrcení), někdy včetně možnosti zastavení a opětovného spuštění a nouzového vypnutí. V některých aplikacích je také výhodou, že nakládání pohonné hmoty je odloženo až na dobu krátce před startem, což je opatření, které použití kapalné pohonné hmoty umožňuje. Tyto vlastnosti mají tendenci podporovat použití kapalinových systémů v mnoha aplikacích horních stupňů, kde je obzvláště důležitá vysoká ve a vysoký hmotnostní podíl pohonné hmoty. Kapalinové systémy se také hojně používají jako první stupeň nosných raket pro kosmické mise, například v nosných systémech Saturn (USA), Ariane (Evropa) a Energia (Sovětský svaz). Relativní výhody pevných a kapalných pohonných hmot ve velkých nosných raketách jsou stále předmětem diskusí a zahrnují nejen výkonnost pohonu, ale také otázky související s logistikou, investičními a provozními náklady na místa startu, obnovou a opětovným použitím letového vybavení atd.

Kvíz Britannica

36 otázek z nejpopulárnějších vědeckých kvízů Britannica

Jak dobře znáte astronomii? A co kvantová mechanika? Tento kvíz vás provede 36 nejtěžšími otázkami z nejoblíbenějších kvízů Britannicy o přírodních vědách. Dokončí ho jen ti nejlepší kvízomaniaci.

Typickými součástmi kapalinového raketového pohonného systému jsou motor, palivové nádrže a konstrukce vozidla, pomocí které se tyto části udržují na místě a spojují s užitečným zatížením a startovací rampou (nebo vozidlem). Palivové a okysličovací nádrže mají obvykle velmi lehkou konstrukci, protože pracují při nízkém tlaku. V některých aplikacích jsou pohonné látky kryogenní (tj. jedná se o látky jako kyslík a vodík, které jsou za okolních podmínek plynné a musí být v nádrži při extrémně nízké teplotě, aby byly v kapalném stavu).

Samotný motor na kapalná paliva se skládá z hlavní komory pro míchání a spalování paliva a okysličovadla, jejíž přední konec zabírají rozdělovače a vstřikovače paliva a okysličovadla a zadní konec tvoří nadzvuková tryska. Nedílnou součástí hlavní komory je chladicí plášť, v němž cirkuluje kapalné palivo (obvykle palivo) dostatečně vysokou rychlostí, aby motor mohl pracovat nepřetržitě bez nadměrného zvýšení teploty v komoře. Provozní tlak v motoru se obvykle pohybuje v rozmezí 1 000-10 000 kilopascalů (10-100 atmosfér). Pohonné látky jsou do vstřikovacího potrubí přiváděny při poněkud vyšším tlaku, obvykle pomocí velkokapacitních turbočerpadel (jedno pro palivo a druhé pro okysličovadlo). Zvenčí motor na kapalná paliva často vypadá jako labyrint potrubí, které spojuje nádrže s čerpadly, přivádí proud chladicí kapaliny do chladicích plášťů a z nich a dopravuje čerpané kapaliny ke vstřikovači. Kromě toho jsou motory obvykle namontovány na kardanových závěsech, takže je lze otáčet o několik stupňů pro řízení směru tahu, a mezi motorem (nebo motory) a konstrukcí vozidla jsou zapojeny příslušné aktuátory, které omezují a otáčejí motorem.

Každý z hlavních motorů amerického raketoplánu využívá kapalný kyslík (LO2) a kapalný vodík (LH2). Tyto motory představují velmi složitou, vysoce výkonnou odrůdu raket na kapalná paliva. Každý z nich má nejen hodnotu ve 3 630 metrů (11 909 stop) za sekundu, ale je také schopen regulovat velikost tahu ve značném rozsahu (2-1). Motory raketoplánu jsou navíc součástí okřídleného orbiteru, který je určen k vynesení posádky i užitečného nákladu až na 20 misí.

Na opačném pólu složitosti a výkonu je hydrazinový tahový motor používaný pro řízení polohy konvenčních letových prostředků a bezpilotních kosmických lodí. Takový systém může místo čerpadla využívat tlakovou nádobu s ventily a jediná pohonná látka protéká katalytickým ložem, které způsobuje exotermický (teplo uvolňující) rozklad. Vzniklý plyn je vypouštěn tryskou, která je vhodně orientována pro požadovanou korekci polohy. Systémy tohoto druhu se používají také jako generátory plynu pro turbočerpadla ve větších raketách.

Většina raket na kapalná paliva používá dvoupalivové systémy, tj. takové, ve kterých jsou okysličovadlo a palivo v nádrži odděleně a mísí se ve spalovací komoře. Žádoucími vlastnostmi kombinací pohonných hmot jsou nízká molekulová hmotnost a vysoká teplota reakčních produktů (pro vysokou rychlost výfuku), vysoká hustota (pro minimalizaci hmotnosti nádrže), nízký faktor nebezpečnosti (např. korozivita a toxicita), nízký dopad na životní prostředí a nízké náklady. Výběr je založen na kompromisu podle aplikací. Například kapalný kyslík je široce používán, protože je dobrým oxidačním činidlem pro řadu paliv (poskytuje vysokou teplotu plamene a nízkou molekulovou hmotnost) a protože je přiměřeně hustý a relativně levný. Je kapalný pouze při teplotě nižší než -183 °C, což poněkud omezuje jeho dostupnost, ale lze jej krátce před startem naložit do izolovaných nádrží (a v případě zpoždění startu doplnit nebo vypustit). Kapalný fluor nebo ozon jsou v některých ohledech lepšími okysličovadly, ale jsou spojeny s větším nebezpečím a vyššími náklady. Nízké teploty všech těchto systémů vyžadují speciální konstrukci čerpadel a dalších součástí a žíravost, toxicita a nebezpečné vlastnosti fluoru a ozonu brání jejich použití v provozních systémech. Dalšími oxidačními činidly, která se v provozu používají, jsou kyselina dusičná (HNO3), peroxid vodíku (H2O2) a tetroxid dusíku (N2O4), které jsou za okolních podmínek kapalné. Některé z nich jsou sice poněkud škodlivé chemikálie, ale jsou užitečné v aplikacích, kde musí být raketa po delší dobu ve stavu téměř připraveném k odpálení, jako je tomu v případě balistických raket dlouhého doletu.

Kapalný vodík je obvykle nejlepším palivem z hlediska vysoké rychlosti výfuku a mohl by být používán výhradně, nebýt požadavku kryogenity a jeho velmi nízké hustoty. Často se dává přednost takovým uhlovodíkovým palivům, jako je alkohol a petrolej, protože jsou za okolních podmínek kapalné a hustší než kapalný vodík, navíc jsou to „koncentrovanější“ paliva (tj. mají více atomů paliva v každé molekule). Hodnoty rychlosti výfuku jsou dány relativním vlivem vyšších teplot plamene (hoření) a molekulových hmotností reakčních produktů.

V praxi se v hlavních systémech volí různé druhy pohonných hmot, jak je uvedeno v tabulce kapalných pohonných hmot. Při letech, při nichž lze využít kryogenní pohonné látky (např. při pohonu ze země na oběžnou dráhu), se jako okysličovadlo nejčastěji používá kapalný kyslík. V prvních stupních se používá buď uhlovodík, nebo kapalný vodík, zatímco v druhých stupních se obvykle používá kapalný vodík. U ICBM a dalších podobných řízených střel, které musí být připraveny ke startu v krátké době, se používají nekryogenní (nebo „skladovatelné“) pohonné systémy, jako je například směs okysličovadla a paliva tetroxidu dusíku a hydrazinu – nesymetrického dimethylhydrazinu (označovaného také UDMH; 2 NNH2). Systémy tohoto druhu nacházejí uplatnění i při delších letech, například při letech raketoplánu Orbital Maneuvering System a lunárního modulu Apollo. Tuhé motory se ukázaly jako užitečné při dlouhotrvajících letech, ale kapalné systémy jsou často upřednostňovány kvůli potřebě schopnosti zastavení nebo řízení tahu.

.