Hledal jsem na internetu, googlil a ptal se zkušenějších matadorů a výsledek je tady.
Čerpadla jsou většinou odstředivá a pohání je turbína. Většinou to bývá tak, že turbočerpadlo je společné pro obě složky, tedy pro palivo i jeho okysličovadlo. Tlakový plyn pro pohon turbíny se občas získává získává rozkladem peroxidu vodíku, nebo častěji spalováním paliva. Důležité je, že ve většině případů se používá stejné palivo, jaké spaluje raketový motor (LOX+LH2, LOX+RP-1, nebo deriváty hydrazinu + N2O4). Není tak potřeba mít dvě různé nádrže - čerpadlo si bere palivo z hlavní nádrže.
Vzhledem k objemům, se kterými čerpadla pracují je tento systém nejvýhodnější - potřebné výkony se pohybují v řádu megawattů. Například raketa Saturn V měla na prvním stupni pět motorů F-1. Ty během zhruba 160 sekund spálily 2100 tun LOX+RP-1. To je víc než 425 tun/motor, tedy dvě a půl tuny kapalného kyslíku a petroleje za vteřinu na jeden motor! Bavíme se o tlaku okolo 70 atmosfér. A čerpadla navíc musela pracovat ještě s vyššími tlaky, aby rozprašováním paliva a okysličovadla vytvořila správnou směs.
Způsobů, jak získat plyn pro pohon turbíny je několik.
Otevřený cyklus
Palivo i okysličovadlo se spálí v generátoru tlakového plynu v optimálním poměru a vypustí se do okolí, což je neefektivní, pokud uvážíme, kolik paliva a okysličovadla tímto způsobem uteče mimo trysku a nepodílí se na vytváření tahu. Tento systém se dá použít i na jednosložkové palivo pohánějící turbínu - třeba pro katalytický rozklad peroxidu vodíku, nebo hydrazinu. Následující schéma ukazuje princip otevřeného cyklu:
Uzavřený cyklus
Palivo i okysličovací látka se spálí v generátoru tlakového plynu v NEOPTIMÁLNÍM POMĚRU. Většinou bývá použit přebytek paliva. Plyn se prožene přes turbínu a míří do spalovací komory motoru, zbytkový redukční plyn dohoří s okysličovadlem. Následující schéma ukazuje princip uzavřeného cyklu:
Uzavřený cyklus s úplným odpařením složek
Tento systém je velmi podobný předcházejícímu. Palivo i okysličovadlo mají oddělená turbočerpadla i plynové generátory. Turbočerpadla jsou tedy dvě! Ty produkují redukční tlakový plyn pro palivo a oxidační tlakový plyn pro okysličovadlo. Tyto plyny se mísí s palivem/okysličovadlem a odpařují jej. Páry následně prochází přes turbíny a vedou do spalovací komory - viz uzavřený cyklus. Tento systém se používá hlavně pro kryogenní paliva, tedy pro systém LOX+LH2. Následující schéma ukazuje princip uzavřeného cyklu s úplným odpařením složek.
Cyklus s odpařením jedné složky
Turbínu pohání tlakový plyn vznikající odpařením jedné složky pohonné směsi (většinou paliva) při chlazení trysky motoru. Toto řešení se používá pro motory spalující kapalný vodík (LH2). Za povšimnutí stojí, že palivo je před vstupem do spalovací komory využito na ochlazení trysky i samotné spalovací komory. Tím se využije část tepelné energie a zvýší se účinnost motoru, jelikož palivo následně potřebuje méně energie (tepla) na své odpaření ve spalovací komoře, nebo se do spalovací komory dostává už odpařené, tedy v plynném stavu. Následující schéma ukazuje princip cyklu s odpařením jedné složky.
Ohromný dík patří uživateli Alchymista z fóra kosmo.cz, který mi poskytl vyčerpávající informace ohledně této problematiky. Získané informace jsem následně použil pro tento příspěvek.