Как работи ракета с твърдо гориво

Ракетите с твърдо гориво включват всички по-стари ракети за фойерверки, но сега има по-модерни горива, конструкции и функции с твърди горива.

Твърдо гориво бяха измислени ракети преди ракетите с течно гориво. Типът на твърдото гориво започна с приноси на учени Засиадко, Константинов и Конгрийв. Сега в напреднало състояние, ракетите с твърдо гориво остават в широко приложение и днес, включително двигателите с двойно усилване на космическите совалки и бустерните серии на Delta.

Повърхностна площ е количеството гориво, изложено на вътрешни пламъци на горенето, съществуващо в пряка връзка с тягата. Увеличаването на повърхността ще увеличи тягата, но ще намали времето за изгаряне, тъй като горивото се консумира с ускорена скорост. Оптималната тяга обикновено е постоянна, което може да се постигне чрез поддържане на постоянна повърхностна площ по време на изгарянето.

Примери за конструкции на зърно с постоянна повърхност включват: крайно горене, вътрешно ядро ​​и външно ядро ​​и вътрешно горене на звезда.

Използват се различни форми за оптимизиране на връзките на зърното и тягата, тъй като някои ракети могат да изискват ан първоначално компонент с висока тяга за излитане, докато по-ниска тяга ще е достатъчна нейната регресивна тяга след пускане изисквания. Сложните шарки на зърнените ядра при контролиране на откритата повърхност на горивото на ракетата често имат части, покрити с незапалима пластмаса (като целулозен ацетат). Това покритие не позволява на пламъците с вътрешно горене да запалят тази част от горивото, запалвайки се по-късно, когато изгарянето достигне директно горивото.

При проектирането на ракетното гориво трябва да се вземе предвид специфичният импулс на ракетата, тъй като това може да бъде разликата (експлозия) и успешно оптимизирана ракета, произвеждаща тяга.

• След като се запали твърда ракета, тя ще изразходва цялото си гориво, без опция за настройка на затваряне или тяга. Лунната ракета Saturn V използва близо 8 милиона паунда тяга, което не би било възможно при използването на твърдо гориво, което изисква високо специфичен импулсен течен горивен двигател.
• Опасността, свързана с предварително смесените горива на монопропелни ракети, т.е. понякога нитроглицеринът е съставка.

Едно предимство е лекотата на съхранение на ракети с твърдо гориво. Някои от тези ракети са малки ракети като Честен Джон и Найк Херкулес; други са големи балистични ракети като Polaris, Sergeant и Vanguard. Течните горива могат да предлагат по-добри показатели, но трудностите при съхранението на гориво и обработката на течности, близки до абсолютна нула (0 градуса Келвин) ограничи използването им, неспособно да отговори на строгите изисквания, които военните изискват от своята огнева мощ.

Ракетите с течно гориво за първи път са теоретизирани от Циолкозски в неговото „Изследване на междупланетарното пространство чрез средства на реактивни устройства“, публикувано през 1896 г. Идеята му е реализирана 27 години по-късно, когато Робърт Годард изстреля първата ракета с течно гориво.

Ракетите с течно гориво задвижват руснаците и американците дълбоко в космическата ера с мощните ракети Energiya SL-17 и Saturn V. Високият капацитет на тези ракети даде възможност за първите ни пътувания в космоса. "Гигантската стъпка за човечеството", която се проведе на 21 юли 1969 г., когато Армстронг стъпи на Луната, стана възможна от 8-милионната паунда на ракетата "Сатурн V".

Два метални резервоара съответно държат горивото и окислителя. Поради свойствата на тези две течности, те обикновено се зареждат в резервоарите им непосредствено преди изстрелването. Отделните резервоари са необходими, тъй като много течни горива изгарят при контакт. При зададена последователност на пускане се отварят два клапана, което позволява на течността да тече по тръбопровода. Ако тези клапани просто се отвориха, позволявайки на течните горива да потекат в горивната камера, a ще има слаба и нестабилна скорост на тягата, така че или подаване на газ под налягане или захранване с турбопомпа използва.

По-простото от двете, подаване на газ под налягане, добавя резервоар с газ под високо налягане към задвижващата система. Газът, нереактивен, инертен и лек газ (като хелий), се задържа и регулира, под интензивно налягане, от клапан / регулатор.

Второто и често предпочитано решение на проблема с преноса на гориво е турбопомпа. Турбопомпата е същата като обикновената помпа по функция и заобикаля система под налягане, като изсмуква горивните горива и ги ускорява в горивната камера.

Окислителят и горивото се смесват и запалват вътре в горивната камера и се създава тяга.

За съжаление последната точка прави ракетите с течно гориво сложни и сложни. Истинският модерен течен двупропелен двигател има хиляди тръбни връзки, носещи различни охлаждащи, зареждащи или смазващи течности. Също така различните под-части като турбопомпата или регулатора се състоят от отделен световъртеж от тръби, проводници, регулиращи клапани, температурни уреди и опорни подпори. Като се има предвид многото части, шансът да се провали една интегрална функция е голям.

Както бе отбелязано преди, течният кислород е най-често използваният окислител, но той също има своите недостатъци. За да се постигне течното състояние на този елемент, трябва да бъде температура от -183 градуса по Целзий получени - условия, при които кислородът лесно се изпарява, губейки голямо количество окислител докато зареждате. Азотната киселина, друг мощен окислител, съдържа 76% кислород, е в течно състояние при STP и има високо специфична гравитацияGreat всички големи предимства. Последната точка е измерване, подобно на плътността и тъй като се издига по-високо, така се постига и работата на горивото. Но азотната киселина е опасна при боравене (смесване с вода произвежда силна киселина) и произвежда вредни странични продукти при изгаряне с гориво, поради което употребата й е ограничена.

Разработен през втори век пр. Н. Е. От древните китайци, фойерверките са най-старата форма на ракети и най-опростената. Първоначално фойерверките са имали религиозни цели, но по-късно са пригодени за военна употреба през средните векове под формата на „пламтящи стрели“.

През десети и тринадесети век монголите и арабите донесоха основния компонент от тези ракети на Запад: барут. Въпреки че оръдието и оръжието се превърнаха в основните разработки от източното въвеждане на барут, ракетите също дадоха резултат. Тези ракети бяха по същество разширени фойерверки, които задвижваха освен дългия или оръдието пакети с взривен барут.

По време на империалистичните войни в края на осемнадесети век полковник Конгрейв разработва своите фамозни ракети, които пътуват на разстояния от четири мили. "Червеният отблясък на ракетите" (американски химн) записва използването на ракетна война, в ранната й форма на военна стратегия, по време на вдъхновяващата битка на Форт Макенри.

Предпазител (памучен канап, покрит с барут) се запалва от кибритена клечка или от "пънк" (дървена пръчка с въглищно нажежен накрайник). Този предпазител изгаря бързо в сърцевината на ракетата, където запалва барутните стени на вътрешното ядро. Както споменахме преди един от химикалите в барута е калиев нитрат, най-важната съставка. Молекулната структура на този химикал, KNO3, съдържа три атома кислород (O3), един атом азот (N) и един атом калий (K). Трите кислородни атома, заключени в тази молекула, осигуряват "въздуха", който предпазителят и ракетата използват за изгаряне на другите две съставки, въглерод и сяра. По този начин калиев нитрат окислява химическата реакция, като лесно освобождава кислорода. Тази реакция обаче не е спонтанна и трябва да бъде инициирана от топлина като мача или "пънка".