Raketmotorer med flytande drivmedel har drivmedlet i tankar utanför förbränningskammaren. De flesta av dessa motorer använder ett flytande oxidationsmedel och ett flytande bränsle, som överförs från sina respektive tankar med hjälp av pumpar. Pumparna höjer trycket över motorns driftstryck, och drivmedlen sprutas sedan in i motorn på ett sätt som säkerställer atomisering och snabb blandning. Motorer med flytande drivmedel har vissa egenskaper som gör att de är att föredra framför fasta system i många tillämpningar. Dessa egenskaper omfattar 1) högre effektiv avgashastighet (ve), 2) högre massafraktioner (drivmedelsmassan dividerad med massan av inerta komponenter) och 3) kontroll av driftnivån under flygning (gasbarhet), ibland med möjlighet till stopp och omstart samt nödstopp. I vissa tillämpningar är det också en fördel att laddningen av drivmedel fördröjs till strax före uppskjutningen, en åtgärd som användningen av flytande drivmedel möjliggör. Dessa egenskaper tenderar att främja användningen av flytande system i många tillämpningar i övre stadiet där hög ve och hög massafraktion av drivmedel är särskilt viktiga. Flytande system har också använts i stor utsträckning som första stadiets bärraketer för rymduppdrag, t.ex. i Saturn- (USA), Ariane- (Europa) och Energia- (Sovjet) bärraketerna. De relativa fördelarna med fasta och flytande drivmedel i stora bärraketer diskuteras fortfarande och omfattar inte bara framdrivningsprestanda utan även frågor som rör logistik, kapital- och driftskostnader för uppskjutningsanläggningar, återvinning och återanvändning av flygutrustning och så vidare.

Britannica Quiz

36 frågor från Britannicas populäraste vetenskapsquiz

Hur väl kan du astronomi? Hur är det med kvantmekaniken? Den här frågesporten tar dig igenom 36 av de svåraste frågorna från Britannicas mest populära frågesporter om naturvetenskap. Endast de bästa quizmakarna kommer att klara det.

De typiska komponenterna i ett framdrivningssystem för vätskeraket är motorn, bränsletankarna och fordonskonstruktionen med vilken dessa delar hålls på plats och ansluts till nyttolast och uppskjutningsramp (eller fordon). Bränsle- och oxidationstankarna är vanligen av mycket lätt konstruktion, eftersom de arbetar vid lågt tryck. I vissa tillämpningar är drivmedlen kryogena (dvs. ämnen som syre och väte som är gasformiga vid omgivande förhållanden och som måste tankas vid extremt låg temperatur för att vara i flytande tillstånd).

Motorn med flytande drivmedel består av en huvudkammare för att blanda och förbränna bränslet och oxidationsmedlet, där den främre änden är upptagen av bränsle- och oxidationsmedelsfördelare och insprutare och den bakre änden består av det överljudsmunstycket. I huvudkammaren finns en kylarvägg genom vilken flytande drivmedel (vanligen bränsle) cirkulerar i tillräckligt höga hastigheter för att motorn skall kunna drivas kontinuerligt utan att temperaturen i kammaren ökar för mycket. Motorns driftstryck ligger vanligen i intervallet 1 000-10 000 kilopascal (10-100 atmosfärer). Drivmedlen levereras till insprutningsröret vid ett något högre tryck, vanligen genom turbopumpar med hög kapacitet (en för bränslet och en annan för oxidationsmedlet). Utifrån ser en motor med flytande drivmedel ofta ut som en labyrint av rörledningar som förbinder tankarna med pumparna, transporterar kylvätskeströmmen till och från kylmantlarna och transporterar de pumpade vätskorna till injektorn. Dessutom är motorerna i allmänhet monterade på kardanmoduler så att de kan vridas några grader för att styra dragriktningen, och lämpliga ställdon är kopplade mellan motorn (eller motorerna) och fordonskonstruktionen för att begränsa och rotera motorn.

Var och en av huvudmotorerna i den amerikanska rymdfärjan använder flytande syre (LO2) och flytande väte (LH2) som drivmedel. Dessa motorer utgör en mycket komplex och högpresterande typ av raket med flytande drivmedel. De har inte bara ett ve-värde på 3 630 meter (11 909 fot) per sekund, utan kan också styra dragkraftsstyrkan över ett stort område (2-1). Dessutom ingår rymdfärjans motorer i den bevingade omloppsfarkosten, som är utformad för att transportera både besättning och nyttolast i upp till 20 uppdrag.

I motsatt extremitet när det gäller komplexitet och prestanda finns en hydrazintrustor som används för attitydreglering av konventionella flygfarkoster och obemannade rymdfarkoster. I ett sådant system kan man använda ett tryckkärl med ventiler i stället för en pump, och det enskilda drivmedlet strömmar genom en katalysatorbädd som orsakar exotermisk (värmeavgivande) nedbrytning. Den resulterande gasen släpps ut genom ett munstycke som är lämpligt orienterat för den erforderliga attitydkorrigeringen. System av detta slag används också som gasgeneratorer för turbopumpar på större raketer.

De flesta raketer med flytande drivmedel använder bipropellantsystem, dvs. system där ett oxidationsmedel och ett bränsle tankas separat och blandas i förbränningskammaren. Önskvärda egenskaper för drivmedelskombinationer är låg molekylmassa och hög temperatur hos reaktionsprodukterna (för hög utloppshastighet), hög densitet (för att minimera tankvikten), låg riskfaktor (t.ex. korrosivitet och toxicitet), låg miljöpåverkan och låg kostnad. Valet baseras på avvägningar beroende på användningsområdena. Flytande syre används t.ex. i stor utsträckning eftersom det är ett bra oxidationsmedel för ett antal bränslen (ger hög flamtemperatur och låg molekylmassa) och eftersom det är relativt tätt och relativt billigt. Det är flytande endast under -183 °C (-297 °F), vilket i viss mån begränsar tillgängligheten, men det kan lastas i isolerade tankar strax före uppskjutning (och fyllas på eller tömmas i händelse av uppskjutningsförseningar). Flytande fluor eller ozon är bättre oxidationsmedel i vissa avseenden, men innebär större risker och högre kostnader. De låga temperaturerna i alla dessa system kräver en speciell utformning av pumpar och andra komponenter, och fluorets och ozonets korrosivitet, toxicitet och farliga egenskaper har förhindrat att de används i operativa system. Andra oxidationsmedel som har använts i drift är salpetersyra (HNO3), väteperoxid (H2O2) och kvävetetroxid (N2O4), som är vätskor under omgivande förhållanden. Även om vissa av dem är något skadliga kemikalier är de användbara i tillämpningar där raketen måste vara nästan klar att avfyras under en längre tid, vilket är fallet med ballistiska långdistansmissiler.

Vätgas i flytande form är vanligen det bästa bränslet med tanke på den höga utloppshastigheten, och det skulle kunna användas uteslutande om det inte vore för det kryogena kravet och dess mycket låga densitet. Kolvätebränslen som alkohol och fotogen föredras ofta eftersom de är flytande under omgivande förhållanden och tätare än flytande väte och dessutom är mer ”koncentrerade” bränslen (dvs. de har fler bränsleatomer i varje molekyl). Värdena för utloppshastigheten bestäms av de relativa effekterna av högre flamtemperaturer (förbränningstemperaturer) och reaktionsprodukternas molekylära massa.

I praktiken har en mängd olika val av drivmedelssystem gjorts i större system, vilket framgår av tabellen över flytande drivmedel. Vid flygningar där kryogena drivmedel kan användas (t.ex. vid framdrivning från marken till jorden i en omloppsbana) används oftast flytande syre som oxidationsmedel. I de första stegen används antingen kolväte eller flytande väte, medan det senare vanligtvis används i de andra stegen. I ICBM:er och andra liknande styrda missiler som måste vara redo att avfyras med kort varsel används icke-kryogena (eller ”lagringsbara”) drivmedelssystem, t.ex. en oxidationsbränsleblandning av kvävetetroxid och hydrazin-unsymmetriskt dimetylhydrazin (även kallat UDMH; 2 NNH2). System av detta slag används också vid längre flygningar, t.ex. med rymdfärjan Orbital Maneuvering System och Apollo Lunar Module. Fasta motorer har visat sig användbara vid långvariga flygningar, men flytande system är ofta att föredra på grund av behovet av stopp-startförmåga eller dragkraftsstyrning.

.