Motor de rachetă chimic
Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 10 ianuarie 2019; verificările necesită 9 modificări .Motor de rachetă chimic (CRD) - un motor de rachetă care funcționează cu combustibil chimic .
La sfârșitul celui de-al doilea deceniu al secolului al XXI-lea, toate, fără excepție, motoarele de rachete utilizate în rachetele militare și toate, fără excepție, motoarele vehiculelor de lansare a navelor spațiale sunt chimice.
Constructii
În camera de ardere (CC) a CRD, energia potențială ( chimică ) a combustibilului este convertită în energie termică ca rezultat al unei reacții exoterme . Combustibilul, de regulă, este format din două componente - combustibil și oxidant . În plus, există implementări tehnice ale CRS care utilizează atât combustibili monocomponent, cât și multicomponent. Componentele combustibilului sunt selectate astfel încât:
- produșii de reacție au fost gazoși ;
- produsele de reacție au avut greutate moleculară mică.
Cerința pentru produse cu greutate moleculară mică rezultă din formula impulsului . Alte lucruri fiind egale (masa combustibilului, cantitatea de energie eliberată), cu cât greutatea moleculară a produselor de reacție este mai mică, cu atât viteza de mișcare termică a moleculelor este mai mare . Prin urmare, cu cât viteza de curgere a jetului este mai mare.
Din COP, produsele de reacție (gazul de eșapament) sunt trimise către un canal profilat - o duză cu jet . În duza CRD, gazul se extinde adiabatic . Presiunea și temperatura gazului scad odată cu creșterea volumului conform legii adiabatice. Ca urmare a expansiunii, gazul capătă o viteză mare de scurgere din duză. Astfel, XRD transformă o parte din energia chimică a combustibilului în energia cinetică a jetului de gaz.
Momentul jetului de gaz este direcționat în direcția de ieșire a gazelor. Conform legii conservării impulsului , suma vectorială a gazului și a impulsului rachetei este zero. Cu alte cuvinte, atunci când gazul curge din duză, curentul cu jet și racheta primesc impulsuri care sunt de aceeași magnitudine, dar de direcție opusă. De fapt, acest lucru se manifestă ca apariția jet thrust dezvoltat de DRU.
Clasificarea DRU
În funcție de starea agregată a combustibilului
Motor de rachetă cu combustibil lichid Abreviere comună : LRE Caracteristici : Componentele combustibilului sunt depozitate în rezervoare, în afara camerei de ardere a XRD, sunt în stare lichidă de agregare . Acestea sunt introduse în camera de ardere prin duze sub presiune. Presiunea componentelor lichide este creată fie cu ajutorul unei turbopompe , fie datorită alimentării cu deplasare, datorită presiunii crescute în rezervoare. De regulă, componentele combustibilului se aprind spontan atunci când sunt amestecate în camera de ardere. Uneori, primele etape ale vehiculelor de lansare necesită aprindere pozitivă. Exemplu : RD-170 . Descriere : Acest tip este utilizat pe scară largă pe rachete balistice , rachete purtătoare pentru lansarea navelor spațiale în spațiu. Motoarele rachete cu propulsie lichidă permit o gamă largă de control al tracțiunii și pornirea și oprirea repetată. Timpul de aducere a rachetei din starea de stocare în starea de pre-lansare este semnificativ (poate ajunge la zeci de ore). Impulsul specific LRE (în vid) : atinge 3308 m/s ( RD-170 ). Impingerea specifica (in greutate) : pana la 337,2 s ( RD-170 ). Gama de tragere :- De la câteva zeci de newtoni . Exemplu: motor de orientare S5.79 cu o tracțiune de 122,6 N, care face parte din sistemul de propulsie comun (JPU). ODE a fost dezvoltat pentru prima dată pentru stația orbitală „ Mir ”, distribuția ulterioară a fost primită pe ISS [1] .
- Până la câțiva meganewtoni. Exemplu: cel mai puternic din lume (la momentul scrierii acestui articol - aprilie 2017) RD-170 are o tracțiune la nivelul mării de aproximativ 7,26 MN.
- De la câteva secunde pentru rachete de luptă nedirijate și motoare model-rachetă.
- Până la 122 s pentru amplificatorul lateral al navetei spațiale MTKK [2]
- De la câțiva newtoni pentru motoarele de rachete model.
- Până la aproximativ 12,45 MN pentru rapelul lateral al navetei spațiale MTKK (la nivelul mării) [4] .
După numărul de componente
Monocomponent (monocombustibil)Motoarele pe gaz cu o singură componentă nu pot fi clasificate drept CRD. Dar există numeroase implementări tehnice ale motoarelor cu o singură componentă, în care energia chimică este eliberată din cauza reacției exoterme a descompunerii sale catalitice în camera de ardere (de exemplu, peroxid de hidrogen sau hidrazină ) Exemplu: Motoare de orientare prin satelit de comunicații Skynet-2 » [5] ; sau ca în ciclul Walther , oxigenul eliberat prin descompunerea catalitică a peroxidului este ars cu combustibil preamestecat cu peroxid (hidrazină, metanol).
Cu două componenteMajoritatea implementărilor tehnice ale DRU sunt de acest tip. Combustibilul constă dintr-un combustibil și un oxidant.
Trei sau mai multe componenteDe fapt, acest tip este o modificare a celui precedent. O componentă suplimentară (componente) este adăugată la combustibil, servind:
- sau pentru a aprinde componentele principale (în cazul în care acestea nu se aprind singure la contact) - așa-numitul combustibil de pornire pentru LRE
- sau servesc la creșterea temperaturii de ardere
- sau pentru a creşte impulsul specific . Exemplu: amplificator de lansare al sistemului navetei spațiale .
Pentru motoarele de rachetă cu combustibil solid, un liant, de obicei un polimer , este adesea adăugat la amestec pentru a obține un bloc de combustibil solid adecvat pentru depozitare pe termen lung și care nu este distrus mecanic în timpul arderii.
Istorie
Primele rachete cu pulbere au fost inventate în China . Data exactă a invenției lor este necunoscută (prima mențiune scrisă datează din secolul al XIII-lea). Aceste rachete erau propulsoare solide.
În Evul Mediu, rachetele erau folosite în principal pentru divertisment, pentru artificii . În Occident, știința rachetelor militare s-a dezvoltat de la începutul secolului al XIX-lea ( rachete Congreve ), ca urmare a captării tehnologiei rachetelor Mysore de către Anglia la sfârșitul secolului al XVIII-lea , dar de la mijlocul secolului al XIX-lea, ca ca urmare a dezvoltării artileriei cu răflători, care a ieșit înainte ca eficiență, aceasta a fost în declin până în secolul al XX-lea. Interesul pentru rachete a început să crească în anii 1920 și 1930, deoarece a devenit clar că principiul propulsiei rachetei era singurul pentru zborul independent și controlat în vid .
Deținând un impuls specific relativ scăzut (comparativ cu motoarele cu rachete electrice , ionice , cu plasmă ), motoarele cu rachete chimice dezvoltă o tracțiune mai mare, ceea ce este important atunci când creează mijloace pentru lansarea unei sarcini utile pe orbita spațială sau pentru efectuarea de zboruri interplanetare nu prea îndepărtate într-un timp relativ scurt.
Începând cu mijlocul anilor 2010, toate motoarele de rachete de tracțiune principale utilizate în rachetele militare și vehiculele de lansare a navelor spațiale sunt chimice. Excepțiile sunt diversele motoare de corecție și motoare de orientare. În același timp, limita fundamentală a capacităților energetice ale combustibilului a fost deja atinsă în motoarele chimice. Chiar și teoretic, nu există posibilitatea unei creșteri semnificative a impulsului lor specific, care este asociată cu o limitare fundamentală a temperaturii produselor de ardere în reacțiile chimice exoterme, ceea ce limitează viteza maximă de ieșire a gazului. Acest lucru impune restricții asupra capacităților tehnologiei rachetelor care utilizează motoare chimice în două domenii deja stăpânite:
- zboruri spațiale în spațiul apropiat Pământului (atât cu echipaj, cât și fără pilot);
- explorarea spațiului în cadrul sistemului solar cu ajutorul vehiculelor automate (de exemplu, nave spațiale din seria Venus și Marte , Voyager , Galileo , Cassini-Huygens , Ulysses ).
Dacă o expediție pe termen scurt cu echipaj uman pe Marte sau Venus folosind motoare chimice încă pare fezabilă din punct de vedere tehnic, atunci pentru zborurile cu echipaj pentru a călători către obiecte mai îndepărtate ale sistemului solar, dimensiunea rachetei necesară pentru aceasta și durata zborului sunt dificile. să implementeze din punct de vedere al științei și tehnologiei moderne.
Vezi și
Link -uri
- NPO Energomash numit după academicianul V.P. Glushko este principalul producător rus de motoare rachete
Literatură
- Glushko V.P. Cosmonautică. - M. : Enciclopedia Sovietică, 1970.
- Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. Teoria motoarelor rachete / Ed. V. P. Glushko. - M . : Mashinostroenie, 1989. - 464 p.
Note
- ↑ Testele de viață record ale analogului de la sol al sistemului de propulsie integrat al stației spațiale internaționale continuă . SIC RCP (4 octombrie 2012). - „... fără observații, s-a desfășurat următoarea a 40-a sesiune de funcționare a analogului de la sol al sistemului de propulsie comun (JPU) al stației orbitale.”. Preluat la 11 mai 2017. Arhivat din original la 11 mai 2017.
- ↑ Lukashevich, Vadim Solid Fuel Accelerators (TTU) . Enciclopedia spațiului înaripat. Preluat la 11 mai 2017. Arhivat din original la 11 mai 2017.
- ↑ Navetă americană. naveta spatiala . Sponli - spațiu online (28 martie 2014). Preluat la 11 mai 2017. Arhivat din original la 11 mai 2017.
- ↑ Dumoulin, Jim NSTS Shuttle Reference Manual . NASA (31 august 2000). Preluat la 11 mai 2017. Arhivat din original la 11 mai 2017.
- ↑ LRE pe combustibil monocomponent . I-Spațiu. Preluat la 11 mai 2017. Arhivat din original la 11 mai 2017.