A folyékony hajtóanyagú rendszerek a hajtóanyagot az égéstéren kívüli tartályokban hordozzák. A legtöbb ilyen hajtómű folyékony oxidálószert és folyékony üzemanyagot használ, amelyeket a megfelelő tartályokból szivattyúkkal juttatnak ki. A szivattyúk a nyomást a hajtómű üzemi nyomása fölé emelik, majd a hajtóanyagokat úgy fecskendezik be a hajtóműbe, hogy biztosítsák a porlasztást és a gyors keveredést. A folyékony hajtóanyagú hajtóművek rendelkeznek bizonyos tulajdonságokkal, amelyek számos alkalmazásban előnyösebbé teszik őket a szilárd rendszerekkel szemben. Ezek a jellemzők közé tartozik (1) az elérhető nagyobb effektív kipufogógázsebesség (ve), (2) a nagyobb tömeghányad (a hajtóanyag tömege osztva az inert komponensek tömegével), és (3) az üzemi szint repülés közbeni szabályozhatósága (fojtási lehetőség), néha beleértve a leállítás és újraindítás képességét és a vészleállást. Egyes alkalmazásokban az is előnyös, hogy a hajtóanyag betöltése röviddel a kilövés előttre halasztódik, amit a folyékony hajtóanyag használata lehetővé tesz. Ezek a tulajdonságok számos olyan felsőfokozatú alkalmazásban, ahol a nagy ve és a nagy hajtóanyagtömeg-frakció különösen fontos, a folyékony rendszerek használatát segítik elő. A folyékony rendszereket széles körben alkalmazták első fokozatú hordozórakétaként is űrrepülésekhez, mint például a Saturn (amerikai), az Ariane (európai) és az Energia (szovjet) hordozórakéta-rendszerekben. A szilárd és folyékony hajtóanyagok relatív előnyei a nagy hordozórakétákban még mindig vita tárgyát képezik, és nem csak a meghajtási teljesítményt érintik, hanem a logisztikával, az indítóállomások tőke- és üzemeltetési költségeivel, a repülési hardver visszanyerésével és újrafelhasználásával stb. kapcsolatos kérdéseket is.

Britannica kvíz

36 kérdés a Britannica legnépszerűbb tudományos kvízéből

Hogyan ismeri a csillagászatot? És a kvantummechanikát? Ebben a kvízben a Britannica legnépszerűbb természettudományos kvízek 36 legnehezebb kérdésével ismerkedhetsz meg. Csak a legjobb kvízmesterek fejezik be.

A folyékony rakétahajtóművek tipikus alkotóelemei a hajtómű, az üzemanyagtartályok és a járműszerkezet, amellyel ezeket az alkatrészeket a helyükön tartják és összekötik a hasznos teherrel és az indítóállással (vagy a járművel). Az üzemanyag- és oxidálószertartályok általában nagyon könnyűszerkezetesek, mivel alacsony nyomáson működnek. Egyes alkalmazásokban a hajtóanyagok kriogén (azaz olyan anyagok, mint az oxigén és a hidrogén, amelyek környezeti körülmények között gázneműek, és rendkívül alacsony hőmérsékleten kell tartályolni őket, hogy folyékony állapotban legyenek).

A folyékony hajtóanyagú hajtómű maga egy fő kamrából áll az üzemanyag és az oxidálószer keverésére és elégetésére, amelynek elülső végét az üzemanyag- és oxidálószer-elosztók és injektorok foglalják el, a hátsó végét pedig a szuperszonikus fúvóka alkotja. A fő kamrához tartozik egy hűtőköpeny, amelyen keresztül a folyékony hajtóanyag (általában üzemanyag) elég nagy sebességgel kering, hogy a hajtómű folyamatosan működhessen anélkül, hogy a kamra hőmérséklete túlzottan megemelkedne. A hajtóművek üzemi nyomása általában 1000-10 000 kilopascal (10-100 atmoszféra) között van. A hajtóanyagokat valamivel magasabb nyomáson, általában nagy teljesítményű turbószivattyúkkal (egy az üzemanyaghoz és egy az oxidálószerhez) juttatják a befecskendezőcsőbe. Kívülről nézve egy folyékony hajtóanyagú hajtómű gyakran úgy néz ki, mint a vízvezetékek útvesztője, amely összeköti a tartályokat a szivattyúkkal, a hűtőfolyadék áramlását a hűtőköpenyekhez és a hűtőköpenyekből szállítja, és a szivattyúzott folyadékokat az injektorhoz szállítja. Ezenkívül a hajtóműveket általában kardánokra szerelik, hogy a tolóerő irányának szabályozásához néhány fokot el lehessen forgatni őket, és a hajtómű (vagy hajtóművek) és a járműszerkezet között megfelelő aktuátorok vannak csatlakoztatva a hajtómű korlátozásához és forgatásához.

Az amerikai űrrepülőgép fő hajtóműveinek mindegyike folyékony oxigén (LO2) és folyékony hidrogén (LH2) hajtóanyagokat használ. Ezek a hajtóművek a folyékony hajtóanyagú rakéták igen összetett, nagy teljesítményű változatát képviselik. Nemcsak, hogy mindegyiknek a ve értéke 3630 méter (11 909 láb) másodpercenként, hanem jelentős tartományban képesek a tolóerő-magnitúdó szabályozására is (2-1). Ráadásul az űrsikló hajtóművei a szárnyas orbiter részét képezik, amelyet arra terveztek, hogy akár 20 küldetésen keresztül szállítsa a személyzetet és a hasznos terhet is.

A bonyolultság és a teljesítmény ellentétes végletét jelenti a hidrazin tolóhajtómű, amelyet hagyományos repülőeszközök és pilóta nélküli űrhajók helyzetszabályozására használnak. Egy ilyen rendszer szivattyú helyett szelepes nyomástartó edényt alkalmazhat, és az egyetlen hajtóanyag egy katalizátorágyon áramlik keresztül, amely exoterm (hőt felszabadító) bomlást okoz. A keletkező gázt egy olyan fúvókán keresztül bocsátják ki, amely a kívánt helyzetkorrekcióhoz megfelelően orientált. Az ilyen típusú rendszereket nagyobb rakéták turbószivattyúinak gázgenerátoraként is használják.

A legtöbb folyékony hajtóanyagú rakéta két hajtóanyagú rendszereket használ – azaz olyanokat, amelyekben az oxidálószer és az üzemanyag külön tartályban van, és az égéstérben keveredik. A hajtóanyag-kombinációk kívánatos tulajdonságai az alacsony molekulatömeg és a reakciótermékek magas hőmérséklete (a nagy kipufogógázsebesség érdekében), a nagy sűrűség (a tartály súlyának minimalizálása érdekében), az alacsony veszélyességi tényező (pl. korrozivitás és toxicitás), az alacsony környezeti hatás és az alacsony költség. A választás az alkalmazásoknak megfelelő kompromisszumok alapján történik. Például a folyékony oxigént széles körben használják, mert jó oxidálószer számos tüzelőanyaghoz (magas lánghőmérsékletet és alacsony molekulatömeget biztosít), valamint mert viszonylag sűrű és viszonylag olcsó. Csak -183 °C (-297 °F) alatt folyékony, ami némileg korlátozza a hozzáférhetőségét, de röviddel a kilövés előtt szigetelt tartályokba tölthető (és a kilövés késedelme esetén feltölthető vagy leereszthető). A folyékony fluor vagy az ózon bizonyos szempontból jobb oxidálószerek, de nagyobb veszélyt és magasabb költségeket jelentenek. Mindezen rendszerek alacsony hőmérséklete miatt a szivattyúk és egyéb alkatrészek különleges kialakítását igénylik, a fluor és az ózon korrozivitása, toxicitása és veszélyes tulajdonságai pedig megakadályozták alkalmazásukat az operatív rendszerekben. Más oxidálószerek, amelyek operatív használatban voltak, a salétromsav (HNO3), a hidrogén-peroxid (H2O2) és a nitrogén-tetroxid (N2O4), amelyek környezeti körülmények között folyadékok. Bár némelyikük kissé mérgező vegyi anyag, hasznosak olyan alkalmazásokban, ahol a rakétának hosszabb időn keresztül közel tűzkész állapotban kell lennie, mint például a nagy hatótávolságú ballisztikus rakéták esetében.

A folyékony hidrogén általában a legjobb üzemanyag a nagy kipufogási sebesség szempontjából, és kizárólag ezt lehetne használni, ha nem lenne kriogén követelmény és nagyon alacsony sűrűsége. Az olyan szénhidrogén üzemanyagokat, mint az alkohol és a kerozin, gyakran előnyben részesítik, mert környezeti körülmények között folyékonyak és sűrűbbek, mint a folyékony hidrogén, ráadásul “koncentráltabb” üzemanyagok (azaz minden molekulájukban több üzemanyagatom van). A kipufogógázsebesség értékeit a magasabb láng (égési) hőmérséklet és a reakciótermékek molekulatömegének relatív hatásai határozzák meg.

A gyakorlatban a főbb rendszerekben a hajtóanyagrendszerek különböző választása történt meg, amint azt a folyékony hajtóanyagok táblázata mutatja. Azokban a repülésekben, ahol kriogén hajtóanyagokat lehet felhasználni (pl. föld-föld pálya meghajtás), leggyakrabban folyékony oxigént használnak oxidálószerként. Az első fokozatokban vagy szénhidrogént vagy folyékony hidrogént alkalmaznak, míg a második fokozatokban általában az utóbbit alkalmazzák. Az ICBM-ekben és más hasonló irányított rakétákban, amelyeknek rövid időn belül indításra készen kell állniuk, nem kriogén (vagy “tárolható”) hajtóanyagrendszereket használnak, mint például nitrogén-tetroxid és hidrazin-unsymmetrical dimethylhydrazine (más néven UDMH; 2 NNH2) oxidáló-üzemanyag keverékét. Az ilyen rendszereket hosszabb időtartamú repüléseken is alkalmazzák, például az űrrepülőgép Orbitális Manőverező Rendszerében és az Apollo holdkompban. A szilárd hajtóművek hasznosnak bizonyultak a hosszú időtartamú repüléseken, de a folyékony rendszereket gyakran előnyben részesítik a stop-start képesség vagy a tolóerő-szabályozás szükségessége miatt.

bocsátotta rendelkezésre.