Es gibt viele Möglichkeiten wie man den Treibstoff vom Tank in die Brennkammer eines Flüssigraketentriebwerks fördern kann und fast ebenso viele sind auch bereits umgesetzt worden.
(aus Raumfahrtsysteme von Messerschmid und Fasoulas)
Auf der Grafik sind die wichtigsten Typen dargestellt.
Links oben sehen wir das Expander-Cycle Triebwerk. Bei diesem Triebwerk wird üblicherweise der flüssige Treibstoff zunächst durch Kühlkanäle um die Düse und Brennkammer gepumpt, erhitzt sich dabei und verdampft. Mit diesem Treibstoffdampf oder einem Teil davon kann man nun die Turbine antreiben welche wiederum die Pumpen antreibt. Die Kühlkanäle dienen als Dampferzeuger.
Dieses Konzept wird üblicherweise bei Triebwerken mittlerer Leistung, etwa für Raketenoberstufen eingesetzt, ein bekanntes und zugleich das zur Zeit leistungsfähigste Beispiel dieser Bauart ist das Vinci-Triebwerk der Ariane VI Oberstufe. Für Triebwerke sehr großer Leistung ist das Konzept aber ungeeignet da die große Treibstoffmenge hier in den Kühlkanälen nicht stark genug erhitzt wird. Als Variante des Konzepts für leistungsstarke Triebwerke gibt es den Expander-Bleed-Cycle bei dem nur ein kleiner Teil des Brennstoffs nach der Pumpe abgezweigt, in den Kühlkanälen verdampft wird und dann die Turbine antreibt. Der Treibstoffdampf der hier die Turbine antreibt wird aber nicht mehr in die Brennkammer gleitet sondern einfach ausgestoßen, die entsprechend höheren Druckgradienten erlauben höhere Pumpleistungen dafür geht der Treibstoff der durch die Pumpe gleitet wird in dem Fall verloren und trägt nicht zum eigentlichen Schub bei.
Als Variante des Expander-Cycle Triebwerks sind auch diverse nuklearthermische Triebwerke zu nennen bei denen für die Erhitzung des Treibstoffs zusätzliche Leistung zur Verfügung steht da man zusätzliche Kühlkanäle im Neutronenreflektor und/oder äußeren Bereich des Reaktors integrieren kann. Der Expander-Cycle funktioniert nur mit Treibstoffen die sich leicht verdampfen lassen ohne sich dabei zu zersetzen.
Darunter sehen wir eine Variante eines Triebwerks bei dem die Brennkammer als Gasgenerator dient. Ein Teil der Verbrennungsgase wird aus der Brennkammer nicht über die Düse ausgestoßen sondern über die Turbine "Combustion tap-off cycle". Zu den wenigen Triebwerken dieser Bauart gehört das BE-3 Triebwerk von Blue Origin.
Ganz unten links sehen wir ein klassisches Nebenstrom-Triebwerk mit externem Gasgenerator. Ein kleiner Teil des Treibstoffs und des Oxidators wird in eine Seperate Brennkammer gepumpt, dort verbrannt und die Verbrennungsgase treiben nun die Turbine an. Die Verbrennungsgase des Gasgenerators werden entweder in die Düse eingeleitet (etwa Vulcain-II) oder einfach ausgestoßen (etwa Vulcain-I).
Rechts unten sehen wir dann das klassische "Staged Combustion" Hauptstromtriebwerk. Dabei wird der Treibstoff zunächst in einen Gasgenerator geleitet und dort mit einem Teil des Oxydators teilweise verbrannt und so verdampft. Der Teilweise verbrannte Treibstoff wird dann über die Turbine in die eigentliche Hauptbrennkammer geleitet vollständig verbrannt und dann in die Düse geleitet. Ein bekanntes Beispiel ist das RS-25 (Space Shuttle Main Engine). Auch dieses Verfahren ist sehr effizient, der gesamte Treibstoff landet in der Düse und trägt zum Schub bei.
Eine weitere Variante ist ein Gasgenerator in dem ein eigener Treibstoff verbrannt oder zersetzt wird der nur die Aufgabe hat die Turbine anzutreiben. Das wurde etwa bei der A4-Rakete gemacht, dort wurde Wasserstoffperoxid zu Wasserdampf und Sauerstoff zersetzt um die Turbine zu betreiben. Das Verfahren gilt aber als veraltet und wird kaum mehr eingesetzt.
Weitere Möglichkeiten sind die Druckförderung aus einem unter Druck stehenden Tank (wofür der Tank aber entsprechend druckfest und folglich schwer sein muss) und batteriebetriebene elektrische Pumpen wie beim Rutherford-Triebwerk der Rocket Lab Electron.
Wie ist nun das Vulcain Triebwerk im speziellen aufgebaut?
Wie man in diesem vereinfachten Funktionsdiagramm sehen kann gibt es jeweils eine Turbopumpe für Wasserstoff und Sauerstoff mit jeweils einer Turbine. Ein Teil des von der Pumpe geförderten Wasserstoffs und Sauerstoffs wird in den Gasgenerator geleitet wo die beiden Stoffe zu Wasser verbrennen und die Turbinen antreiben, das Wasser wird anschließend über Auspuffe ausgestoßen.
Der Großteil des Wasserstoffs und Sauerstoffs wird aber in die Brennkammer gefördert, dort verbrannt und über die Düse ausgestoßen. Der Wasserstoff wird auf dem Weg durch die Kühlkanäle an der Wand der Düse gepumpt, ein kleiner Teil des Wasserstoffs geht dabei verloren weil er am unteren Ende der Düse ausgestoßen wird (in dem Diagramm nicht dargestellt).
Hier zum Vergleich das Vulcain 2 Triebwerk bei dem das Abgas der Turbinen in die Düse geleitet wird:
