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ロケットの燃料タンク
スペースシャトルやアポロロケットなど液体燃料を使うロケットは、重力が働いていないところでは、どうやって燃料を吸い上げてエンジンに送っているのでしょうか。 重力のないところでは、普通に考えると燃料はタンクの中で浮かんでいることになりますが、どう言う工夫がされていて、燃料パイプへ送っているのでしょうか。 始めは回転させて遠心力によりタンク壁面に押し当て、壁面より吸い上げているのかなと思っていましたが、違うようで・・・。 どなたか教えてください。よろしくお願いいたします。
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こんにちは。 次のような回答ではいかがでしょう。 ご質問のポイントとして、 重力下では、タンクの「下」に穴（出口）を開けておけば、そこから燃料が落ちて（自重で圧力がかかって）エンジンに注入されるが、 ・重力がない状態では燃料はどのような力でエンジンに移送・注入されるのか ・上下がない状態では燃料はどのように出口に集まるのか という問題があるでしょう。 たしかに一部は大変に工夫されている問題であり、次のような取り組みがなされているようです。 ○ エンジンに注入する 基本的には、ガス圧とポンプを使います。 ガス圧としては、燃料そのものの蒸発の圧力でたいていはこと足りますが、場合によっては他に圧縮ガスのタンクを設けて高圧ガスを燃料タンク内に吹き込みます。これで燃料は「タンクから出て」行きますが、高圧の燃焼を行うエンジンの燃焼室内への「注入」にはこの程度の圧力では不足することもあり、その場合、別の動力を使ってポンプを回して注入します。 （日本のH2Aでは、このポンプのためだけに一度燃料を燃焼させる「2段燃焼式ターボポンプ」を使っています。高圧の注入が可能ですが、過去には事故も起きていますね） ○ タンクの出口に集める 実は基本は簡単です。特にブースタロケットは「無重力」にはなりません。何しろブースタが点火中は、加速しており、これは、「下」があるのと同等ですので、燃料は「下」（後方）に集まってくれます。 一方、軌道上で再点火する一部の小型エンジン等では、ご懸念のような対策が必要です。燃料の蒸発圧や加圧タンクからのガスで加圧をしても、液体が必ずしも出口近くに集まっているとは限らないので、ダイヤフラム（風船）やピストンを使って液体が出口から離れないようにしたり、出口の数や位置を工夫（例えば、表面張力により液体は壁面に付着しやすく、中央部にはガスが集まりやすいので、燃料ガスを取り出すことにして出口のパイプを中央に突出させたり）します。 さてさて、いかがでしょうか。 お役に立てば幸いです。
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- SortaNerd
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No5で指摘があるように、重力と重量を混同しています。 多分あなたのいう「重力が0」というのは、「無重量状態」のことを言いたいのだと思います。 燃料がフワフワと浮くのは無重量状態です。 また、無重量状態になる条件は等速運動ではありません。 「重力のみによる加速度運動」をしているとき、無重量状態となります。 ですから宇宙のどこでもエンジンを止めれば無重量状態で燃料が浮きます。
お礼
ありがとうございました。
- outerlimit
- ベストアンサー率26% (993/3718)
＜たとえばアポロが月へ向かっている途中は、等速運動のために、ほとんど重力は「０」だと思いますがどうでしょう？ ここが根本的な勘違いです 宇宙船と中の人間や器具が等速運動をしていますから 宇宙船から見た場合には、重量が無いように見えます しかし 地球・月・太陽・その他天体の重力の影響を受けています 重力と重量を混同しているためでしょう
お礼
ありがとうございました。
- outerlimit
- ベストアンサー率26% (993/3718)
重力が働いていない と思っているのは勘違いです さらに ロケットエンジンが動作していれば 加速度が発生しています 進行方向と逆方向にいわゆる重力が働きます
補足
アドバイスありがとうございます。 ＞重力が働いていない と思っているのは勘違いです とはどう言う勘違いなのでしょうか。 Ｎｏ，３様が書かれているような、ピストンなどのような機構は付いていないと言うことでしょうか？。（・・・ん～、またもや混乱！） たとえばアポロが月へ向かっている途中は、等速運動のために、ほとんど重力は「０」だと思いますがどうでしょう？。 この状態であれば、少なくともタンクの中の燃料はフワフワと浮いている状態であり、確実に出口付近にあるとは思いませんが、どうなんでしょうか？。 混乱しております。申し訳ありませんが、また時間がありましたら教えていただきたいと思います。 よろしくお願いいたします。
- ddg67
- ベストアンサー率22% (1211/5475)
炭酸飲料の缶でもペットボトルでもいいから、思いっきり振って圧力を高めてください、そして栓を開ければ、上を向けていても重力に逆らってピューって飛び出しますよね？ それをホースで繋げば、ある方向からある方向へ液体が流れます。 液体燃料は、その物が気化（ガス化）する事で燃えます。
お礼
再びの回答ありがとうございます。 燃料は液体のままでなく、ガス化してから燃やすわけですか！。 納得です！。 ありがとうございました。
- ddg67
- ベストアンサー率22% (1211/5475)
液体が気化する時に体積が増えます、その時の圧力で自動的に燃料が送られます。基本的にタンクの中に圧力が掛かっていると思ってください、１３気圧に達する物もあります。 穴を開ければ、そこからピューって液が出てきます(^_^; 宇宙空間で温度が低くて気化できない場合は加熱して圧力を上げます。
お礼
アドバイスありがとうございます。 まだ理解ができないようです。（申し訳ありません） 補足の件、また時間がありましたら教えてください。 よろしくお願いいたします。
補足
申し訳ありません。今一つ理解ができないのでよろしくお願いいたします。 タンクの中にかかっている圧力がなぜ燃料を送る圧力になるのでしょうか。（頭が悪くて本当に申し訳ありません！） たとえば炭酸飲料のペットボトルを横にして蓋を開けると、確かに飲み口の部分までの飲料水は内部の圧力で出てきますが、飲み口より下にある飲料水は、いくら内圧を上げても飲み口から出て来ないです。 無重力状態だと、この飲み口より下にある液体（飲料水や燃料）は表面張力でいくつかの球体に分かれて宙に浮くと思います。 この状態で圧力を上げると、圧力が抜ける燃料パイプの方へ流れはできますが、宙に浮いた燃料だけ流れるのではなく、ガスも流れることになりませんか。 ロケットエンジンは液体の燃料でなくても、ガスの状態であっても正常に燃焼するのでしょうか。 申し訳ありませんが、もう少し教えていただけないでしょうか。
お礼
回答ありがとうございます。 やはりＮｏ，１，２様と同様、タンクに圧力をかけるわけですねェ。 納得しました。 それとダイヤフラムやピストンなどを使う・・・。 実は今回はこれが知りたかった内容だと思います。 完全に納得しました！。 確かにエンジンが動いている間は必ず「加速度」が生じるから、加速度があるときは別に不思議に思わなかったのですが、止まっていたら？と考えると、タンクの中の燃料は不規則に浮いた状態になっているのに、どうやって燃料を吸い込むのか？と思ったわけです。 いろいろ調べてみたのですが、なかなか見つからなくてここで聞いてみようと思い書き込みました。 そう言えばダイヤフラムのような絵が描いてあるものを見たことがあることを思い出しました。当時は何に使うのだろうと思っていましたが、いただいた回答を拝見し、ピピッときました！。 今日はグッスリと眠れそうです！。 ありがとうございました。