Kuidas töötab tahke raketikütuse rakett

Tahke raketikütuse raketid hõlmavad kõiki vanemaid ilutulestiku rakette, kuid nüüd on olemas tahkete raketikütustega täiustatud kütused, konstruktsioonid ja funktsioonid.

Tahke raketikütus leiutati raketid enne vedelkütusel töötavaid rakette. Tahke raketikütuse tüüp sai alguse teadlaste Zasiadko, Constantinovi ja Kongress. Nüüd arenenud olekus on tahke raketikütuse raketid tänapäeval laialt levinud, sealhulgas ka kosmosesüstiku kahekordse korduvmootoriga mootorid ja Delta-seeria korduvvõimendusastmed.

Pind on sisepõlemisleekidega kokkupuutuva raketikütuse kogus, mis on otseses seoses tõukejõuga. Pindala suurendamine suurendab tõukejõudu, kuid vähendab põlemisaega, kuna raketikütust tarbitakse kiirendatud kiirusega. Optimaalne tõukejõud on tavaliselt konstantne, mida saab saavutada kogu pinna vältel püsiva pinna säilitamisega.

Teravate pinnaosade püsikonstruktsioonide näited hõlmavad: otsapõlemist, sisemise südamiku ja välimise südamiku põlemist ning sisemise tähesüdamiku põletamist.

Vilja-tõukejõu suhete optimeerimiseks kasutatakse mitmesuguseid kujundeid, kuna mõnede rakettide jaoks võib vaja minna algselt kõrge tõukejõuga komponent õhkutõusmiseks, samal ajal kui madalamale tõukejõule piisab stardijärgsest regressiivsest tõukejõust nõuded. Raketi kütuse paljastatud pinna kontrollimiseks on keerulistel terade tuumamustritel sageli osi mittesüttivast plastikust (näiteks tselluloosatsetaadist) kaetud osi. See kate hoiab ära sisepõlemistulede süütamise selle osa kütusest, mis süttib alles hiljem, kui põlemine jõuab otse kütuseni.

Raketi raketikütuse kavandamisel tuleb arvestada spetsiifilise impulsiga, kuna see võib olla erinevus rikke (plahvatuse) ja edukalt optimeeritud tõukejõu tekitava raketi vahel.

• Kui kindel rakett on süüdatud, tarbib see kogu oma kütuse, ilma et oleks võimalik seiskamist ega tõukejõu seadistamist. Kuu rakett Saturn V kasutas ligi 8 miljonit naela tõukejõudu, mis tahke raketikütuse kasutamisel poleks olnud teostatav, nõudes kõrge spetsiifilise impulsiga vedelkütust.
• Koostisosaks on monopropellendiga rakettide segatud kütustega seotud oht, st mõnikord nitroglütseriin.

Üks eelis on tahke raketikütuse rakettide ladustamise lihtsus. Mõned neist rakettidest on väikesed raketid, näiteks Honest John ja Nike Hercules; teised on suured ballistilised raketid, näiteks Polaris, seersant ja Vanguard. Vedelad raketikütused võivad pakkuda paremat jõudlust, kuid raskused raketikütuse hoidmisel ja vedelike käsitsemisel absoluutse nulli lähedal (0 kraadi) Kelvin) on nende kasutamist piiranud, suutmata täita rangeid nõudmisi, mida sõjavägi nõuab oma tulejõult.

Vedelikütusega raketid teoreerisid esmakordselt Tsiolkozski 1896 avaldatud teoses "Planeedidevahelise kosmose uurimine reaktiivsete seadmete abil". Tema idee realiseerus 27 aastat hiljem, kui Robert Goddard laskis välja esimese vedelikukütusega raketi.

Vedelkütusel töötavad raketid tõukasid venelasi ja ameeriklasi vägevate Energiya SL-17 ja Saturn V rakettidega sügavale kosmoseaega. Nende rakettide kõrge tõukejõud võimaldas meie esimesi kosmosereise. 21. juulil 1969 toimunud "inimkonna hiiglaslik samm", kui Armstrong Kuule astus, sai võimalikuks tänu Saturn V raketi 8 miljoni naela tõukejõule.

Kaks kütusepaaki mahutavad vastavalt kütuse ja oksüdeerija. Nende kahe vedeliku omaduste tõttu laaditakse need tavaliselt mahutitesse vahetult enne laskmist. Eraldi mahutid on vajalikud, kuna paljud vedelkütused põlevad kokkupuutel. Määratud käivitusjärjestuse järel avanevad kaks ventiili, mis võimaldavad vedelikul torustikus alla voolata. Kui need ventiilid lihtsalt avanesid, võimaldades vedelal raketikütusel voolata põlemiskambrisse, a tekiks nõrk ja ebastabiilne tõukejõud, nii et kas survestatud gaasi või turbopumba etteande kasutatud.

Neist kahest lihtsam, survestatud gaasi etteanne, lisab tõukejõusüsteemile kõrgsurvegaasi paagi. Gaasi, mitteaktiivset, inertset ja kerget gaasi (näiteks heeliumi) hoiab ja reguleerib intensiivse rõhu all ventiil / regulaator.

Teine ja sageli eelistatav lahendus kütuse ülekandmise probleemile on turbopump. Turbopump on sama, mis funktsionaalne tavaline pump, ja möödub gaasisurve all olevast süsteemist, surudes raketikütused välja ja kiirendades neid põlemiskambrisse.

Oksüdeerija ja kütus segatakse ja süüdatakse põlemiskambris ning tekitatakse tõukejõud.

Kahjuks muudab viimane punkt vedelkütuse raketid keerukateks ja keerukateks. Päris kaasaegsel vedelal bipropellendiga mootoril on tuhandeid torustikuühendusi, mis veavad erinevaid jahutus-, kütuse- või määrdevedelikke. Samuti koosnevad erinevad alaosad, näiteks turbopump või regulaator, torude, juhtmete, juhtventiilide, temperatuurimõõturite ja tugipostide eraldi vertiigodest. Arvestades paljusid osi, on ühe integraalfunktsiooni ebaõnnestumise tõenäosus suur.

Nagu varem märgitud, on oksüdeerijana kõige sagedamini kasutatav vedel hapnik, kuid ka sellel on oma puudused. Selle elemendi vedela oleku saavutamiseks peab temperatuur olema -183 kraadi Celsiuse järgi saadud - tingimused, mille korral hapnik kergesti aurustub, kaotades lihtsalt suure hulga oksüdeerijat laadimise ajal. Lämmastikhape, mis on veel üks võimas oksüdeerija, sisaldab 76% hapnikku, on vedelas olekus STP-s ja kõrge erikaalKõik suured eelised. Viimane punkt on tihedusega sarnane mõõt ja kui see tõuseb kõrgemale, kasvab ka raketikütuse jõudlus. Kuid lämmastikhape on käitlemisel ohtlik (segu veega moodustab tugeva happe) ja põlemisel koos kütusega tekivad kahjulikud kõrvalsaadused, seega on selle kasutamine piiratud.

Muistse hiinlase poolt välja töötatud teisel sajandil eKr on ilutulestikud rakettide vanim vorm ja kõige lihtsamad. Algselt oli ilutulestikul usulisi eesmärke, kuid hiljem kohandati seda keskajal sõjaliseks kasutamiseks "leegitsevate noolte" kujul.

Kümnenda ja kolmeteistkümnenda sajandi jooksul tõid mongolid ja araablased nende varajaste rakettide põhikomponendi läände: püssirohi. Kuigi suurtükid ja püssid said püssipulbri idaosas kasutusele võtmisel peamisteks arenguteks, olid tulemuseks ka raketid. Need raketid olid sisuliselt laiendatud ilutulestikud, mis tõstsid piki püssi või suurtükki kaugemale plahvatusohtliku püssirohu pakke.

XVIII sajandi lõpu imperialistlike sõdade ajal arendas kolonel Congreve välja oma kuulsad raketid, mille pikkus ulatub nelja miilini. "Raketi punane pimestamine" (Ameerika hümn) registreerib raketisõja kasutamist sõjalises strateegia varases vormis inspireeriva lahingu ajal. Fort McHenry.

Kaitset (püssirohuga kaetud puuvillane nöör) süüdatakse tikuga või pungiga (puupulgaga söesarnane punane hõõguv ots). See süüde põleb kiiresti raketi südamikus, kus see süütab sisemise südamiku püssirohu seinad. Nagu enne mainitud, on üks püssirohi kemikaalidest kaaliumnitraat, kõige olulisem koostisosa. Selle kemikaali KNO3 molekulaarstruktuur sisaldab kolme hapnikuaatomit (O3), ühte lämmastikuaatomit (N) ja ühte kaaliumiaatomit (K). Sellesse molekuli lukustatud kolm hapnikuaatomit pakuvad "õhku", mida kaitsme ja rakett kasutasid ülejäänud kahe koostisosa, süsiniku ja väävli, põletamiseks. Seega oksüdeerib kaaliumnitraat keemilise reaktsiooni, vabastades hapniku kergesti. See reaktsioon ei ole siiski spontaanne ja selle peab algatama kuum, näiteks matš või "punk".