Eine Turbopumpe ist eine Hochdruck-Fluidpumpe, die von einer Gasturbine angetrieben wird und hauptsächlich dazu bestimmt ist, Staustrahl- und Raketentriebwerke mit Kraftstoff zu versorgen. Turbopumpen werden im Allgemeinen als Lineareinheiten konstruiert, wobei die Pumpe und die Turbine auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind, obwohl es auch Beispiele mit Getriebe gibt. Die in Turboeinheiten verwendeten Pumpen sind entweder Axialströmungstypen, bei denen Flüssigkeiten mit geringer Dichte beteiligt sind, oder die üblicheren Zentrifugaltypen, die zum Pumpen von Flüssigkeiten mit hoher Dichte verwendet werden. Der Pumpenantrieb funktioniert wie ein konventioneller Fahrzeugturbo mit einer externen Gas- oder Dampfquelle, die die Turbine antreibt. Turbopumpen können Drehzahlen von 30,000 Umdrehungen pro Minute (U/min) oder mehr aufweisen und sind außergewöhnlich empfindlich, wodurch es schwierig wird, sie erfolgreich zu entwickeln und herzustellen.
Das Turbopumpenkonzept entstand aus der Notwendigkeit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe für das deutsche V-2-Raketenprojekt während des Zweiten Weltkriegs. Die Raketentriebwerke erforderten eine Hochdruckkraftstoffquelle und es erwies sich als unpraktisch, die Kraftstofftanks selbst unter Druck zu setzen. Die ersten beim V-2-Projekt eingesetzten Turbopumpen wurden von zersetztem Wasserstoffperoxid angetrieben und trieben die V-2-Rakete nach einer Reihe von fehlgeschlagenen Testflügen erfolgreich in die Schande. Obwohl nicht gerade eine große moralische Erfolgsgeschichte, bewies die V-2 die Lebensfähigkeit hochtouriger, turbinengetriebener Flüssigkeitspumpen, und ihre Entwicklung schritt in den Nachkriegsjahren schnell voran.
Das Prinzip, auf dem Turbopumpen basieren, basiert auf der Standard-Turbinentechnologie. Eine externe Hochdruckgasquelle wird durch einen Satz von Turbinenschaufeln geleitet, wodurch diese schnell rotieren. Sie wiederum treiben eine Pumpe entweder über eine für Turbine und Pumpe gemeinsame zentrale Welle oder über eine Reihe von Zahnrädern an. Turbopumpen sind mit einem von zwei Pumpentypen ausgestattet, entweder als Zentrifugal- oder als Axialpumpe. Jeder hat seine eigenen maximalen Ausgangsdruck- und Durchflussrateneigenschaften, die für verschiedene Flüssigkeitstypen geeignet sind.
Die Typen der Turbo-Kreiselpumpen eignen sich beispielsweise besonders gut zum Fördern von dichten Flüssigkeiten. Diese Pumpen bestehen aus einer flachen Scheibe mit einer Reihe von gekrümmten Schaufeln, die um die Oberfläche herum montiert sind. Wenn Flüssigkeit in die Mitte einer rotierenden Pumpenscheibe eingeführt wird, wird sie von den Flügeln mit hoher Geschwindigkeit zur Außenseite der Pumpe und durch den Auslass gedrückt. Axialpumpen hingegen sind besser für Flüssigkeiten mit geringer Dichte geeignet und bestehen aus abwechselnden statischen und rotierenden Schaufelsätzen, ähnlich wie die Turbine. Die Flüssigkeit strömt durch diese Schaufelsätze parallel zur Wellenachse, wo der Druck allmählich erhöht wird, bis er an der Vorderseite der Pumpe austritt.
Historisch war die Turbopumpe außergewöhnlich schwierig zu konstruieren und zu konstruieren. Häufig auftretende Probleme bei diesen Pumpen umfassen übermäßige Einlassrezirkulation, Wirbelbildung und Kavitation. Auch die außergewöhnlich hohen Drehzahlen von oft über 30,000 U/min stellen eine enorme körperliche Belastung der Pumpen dar und können zu spektakulären mechanischen Ausfällen führen. Die Turbopumpe stellt jedoch immer noch das praktischste Verfahren zur Lieferung von Hochdruckkraftstoffzufuhren an Raketen- und Staustrahltriebwerke bereit.