Kā darbojas cietā propelenta raķete

Cietā kurināmā raķetes ietver visas vecākās uguņošanas raķetes, tomēr tagad ir arī uzlabotas degvielas, konstrukcijas un funkcijas ar cieto propelentu.

Cietais propelents tika izgudrotas raķetes pirms šķidrā kurināmā raķetes. Cietā propelenta tips sākās ar zinātnieku Zasiadko, Constantinov un Kongress. Tagad uzlabotā stāvoklī cietās propelentu raķetes joprojām tiek plaši izmantotas, ieskaitot Space Shuttle dubultos pastiprinātājus un Delta sērijas pastiprinātājus.

Virsmas laukums ir propelenta daudzums, kas pakļauts iekšdedzes liesmām un atrodas tiešā saistībā ar vilci. Virsmas laukuma palielināšana palielinās vilci, bet samazinās degšanas laiku, jo degviela tiek patērēta paātrinātā ātrumā. Optimālais vilces spēks parasti ir nemainīgs, ko var sasniegt, saglabājot nemainīgu virsmas laukumu visā degšanas laikā.

Pastāvīgas graudu virsmas laukuma struktūras piemēri ir: gala sadedzināšana, iekšējā serde un ārējā serde un iekšējā zvaigžņu serde.

Grauda un vilces attiecību optimizēšanai tiek izmantotas dažādas formas, jo dažām raķetēm var būt nepieciešama sākotnēji augsta vilces sastāvdaļa pacelšanās laikā, savukārt ar zemāku vilces spēku pietiks ar regresijas spēku pēc palaišanas prasības. Sarežģītiem graudu kodola modeļiem, kontrolējot raķetes degvielas atklāto virsmas laukumu, bieži ir daļas, kas pārklātas ar neuzliesmojošu plastmasu (piemēram, celulozes acetātu). Šis apvalks neļauj iekšdedzes liesmām aizdedzināt šo degvielas daļu, kas aizdegas tikai vēlāk, kad apdegums tieši sasniedz degvielu.

Projektējot raķetes propelenta graudu īpatnējo impulsu, jo tā var būt starpības kļūme (eksplozija) un veiksmīgi optimizēta vilci radoša raķete.

• Kad cietā raķete ir aizdedzināta, tā patērēs visu savu degvielu, bez iespējas izslēgt vai vilces spēku regulēt. Saturna V mēness raķete izmantoja gandrīz 8 miljonus mārciņu vilces, kas nebūtu iespējama, izmantojot cieto propelentu, kam bija nepieciešams augsts specifiskā impulsa šķidrais propelents.
• Bīstamība, kas saistīta ar vienreiz propelentu raķešu sajaukto degvielu, t.i., dažreiz sastāvdaļa ir nitroglicerīns.

Viena priekšrocība ir cieto propelentu raķešu glabāšanas ērtība. Dažas no šīm raķetēm ir mazas raķetes, piemēram, Godīgais Džons un Nike Hercules; citas ir lielas ballistiskās raķetes, piemēram, Polaris, seržants un Vanguard. Šķidrie propelenti var piedāvāt labāku sniegumu, bet grūtības ar propelentu uzglabāšanu un šķidrumu apstrādi tuvu absolūtai nullei (0 grādi) Kelvins) ir ierobežojis to izmantošanu, nespējot izpildīt stingrās prasības, kuras militārpersonas pieprasa savam ugunsdzēsības spēkam.

Raķetes ar šķidro kurināmo pirmo reizi teorēja Tsiolkozski savā 1896. gadā publicētajā “Starpplanētu kosmosa izpēte ar reaktīvo ierīču palīdzību”. Viņa ideja tika realizēta 27 gadus vēlāk, kad Roberts Goddards palaida pirmo šķidruma degvielu.

Ar šķidrām degvielām ražotas raķetes ar varenām Energiya SL-17 un Saturna V raķetēm izdzina krievus un amerikāņus dziļi kosmosa laikmetā. Šo raķešu augstā vilces spēja ļāva mūsu pirmajiem ceļojumiem kosmosā. "Milzīgs solis cilvēcei", kas notika 1969. gada 21. jūlijā, kad Ārmstrongs uzkāpa uz Mēness, bija iespējams, pateicoties Saturna V raķetes 8 miljonu mārciņu vilces spēkam.

Divas metāla tvertnes attiecīgi satur degvielu un oksidētāju. Šo divu šķidrumu īpašību dēļ tos parasti iepilda tvertnēs tieši pirms izlaišanas. Atsevišķas tvertnes ir vajadzīgas, jo, nonākot saskarē, deg daudz šķidrā kurināmā. Pēc iestatītas palaišanas kārtas atveras divi vārsti, ļaujot šķidrumam plūst pa cauruļvadu. Ja šie vārsti vienkārši atvērās, ļaujot šķidriem propelentiem ieplūst sadegšanas kamerā, a varētu rasties vājš un nestabils vilces ātrums, tāpēc ir vai nu paaugstināta spiediena gāzes padeve, vai turbopump izmanto.

Vienkāršākais no abiem - spiediengāzes padeve - piedziņas sistēmai pievieno augstspiediena gāzes tvertni. Gāzi, nereaģējošu, inertu un vieglu gāzi (piemēram, hēliju), intensīvā spiedienā, tur un regulē vārsts / regulators.

Otrais un bieži vēlamais degvielas pārnešanas problēmas risinājums ir turbopump. Turbopump ir tāds pats kā parastais sūknis, kas darbojas, un apiet gāzu spiediena sistēmu, izsūcot propelentus un paātrinot tos sadegšanas kamerā.

Oksidētājs un degviela tiek sajaukti un aizdedzināti sadegšanas kameras iekšpusē, un tiek radīta vilce.

Diemžēl pēdējais punkts padara šķidro degvielu raķetes sarežģītas un sarežģītas. Īstam modernam šķidrajam divdaļīgajam dzinējam ir tūkstošiem cauruļvadu savienojumu, kas pārvadā dažādus dzesēšanas, degvielas vai eļļošanas šķidrumus. Arī dažādās apakšdaļas, piemēram, turbopumps vai regulators, sastāv no atsevišķām cauruļu, vadu, vadības vārstu, temperatūras mērītāju un atbalsta statņu vertigo. Ņemot vērā daudzās daļas, vienas neatņemamas funkcijas neveiksmes iespēja ir liela.

Kā minēts iepriekš, šķidrais skābeklis ir visbiežāk izmantotais oksidētājs, taču arī tam ir savi trūkumi. Lai sasniegtu šī elementa šķidro stāvokli, jābūt -183 grādiem pēc Celsija iegūtais - apstākļi, kādos skābeklis viegli iztvaiko, zaudējot tikai lielu oksidētāja daudzumu iekraušanas laikā. Slāpekļskābe, vēl viens spēcīgs oksidētājs, satur 76% skābekļa, ir šķidrā stāvoklī STP un tai ir augsts īpaša gravitāteVisas lielas priekšrocības. Pēdējais punkts ir blīvumam līdzīgs mērījums, un, paaugstinoties, tas palielinās arī propelenta veiktspēju. Bet slāpekļskābe ir bīstama pārvietojoties (maisījums ar ūdeni veido stipru skābi) un sadedzinot ar degvielu rada kaitīgus blakusproduktus, tāpēc tās izmantošana ir ierobežota.

Uguņošanas ierīces, kuras izstrādājuši otrajā gadsimtā pirms mūsu ēras, senie ķīnieši, ir vecākā raķešu forma un visvienkāršākā. Sākotnēji uguņošanai bija reliģiski mērķi, bet vēlāk viduslaikos to pielāgoja militārām vajadzībām "liesmojošu bultu veidā".

Desmitā un trīspadsmitā gadsimtu laikā mongoli un arābi nogādāja rietumos galveno šo agro raķešu sastāvdaļu: šaujampulveris. Lai gan lielgabals un lielgabals kļuva par lielākajiem notikumiem, sākot ar ieroču austrumu ieviešanu austrumos, rezultātā radās arī raķetes. Šīs raķetes būtībā bija palielinātas uguņošanas ierīces, kas tālāk par garenvirzienu vai lielgabalu virzīja sprāgstvielu šaujampulvera pakas.

Astoņpadsmitā gadsimta beigās notikušajos imperiālistiskajos karos pulkvedis Kongrevs izstrādāja savas slavenās raķetes, kuru attālums ir četras jūdzes. "Raķešu sarkanais atspīdums" (Amerikas himna) fiksē raķešu kara izmantošanu agrīnā militārās stratēģijas formā iedvesmojošās kaujas laikā. Fort Makenrijs.

Drošinātāju (kokvilnas auklu, kas pārklāts ar šaujampulveri) aizdedzina ar sērkociņu vai ar „panku” (koka nūja ar oglēm līdzīgu sarkanīgi kvēlojošu galu). Šis drošinātājs ātri sadedzina raķetes kodolu, kur tas aizdedzina iekšējā serdeņa šaujampulvera sienas. Kā minēts iepriekš, viena no ķimikālijām šaujampulverī ir kālija nitrāts, vissvarīgākā sastāvdaļa. Šīs ķīmiskās vielas KNO3 molekulārajā struktūrā ir trīs skābekļa (O3) atomi, viens slāpekļa atoms (N) un viens kālija atoms (K). Trīs skābekļa atomi, kas ieslēgti šajā molekulā, nodrošina "gaisu", ko drošinātājs un raķete izmantoja, lai sadedzinātu pārējās divas sastāvdaļas - oglekli un sēru. Tādējādi kālija nitrāts oksidē ķīmisko reakciju, viegli atbrīvojot tā skābekli. Šī reakcija tomēr nav spontāna, un to jāuzsāk karstumam, piemēram, mačam vai pankam.