Kako deluje raketa na trdo gorivo

Rakete s trdnim pogonom vključujejo vse starejše ognjemetne rakete, vendar so zdaj na voljo bolj napredna goriva, načini in funkcije s trdnimi pogonskimi gorivi.

Trdno gorivo izumili so rakete pred raketami na tekoče gorivo. Vrsta trdnega pogonskega goriva se je začela s prispevki znanstvenikov Zasiadko, Constantinov in Congreve. Zdaj v naprednem stanju ostajajo rakete s trdnim pogonom še danes v široki uporabi, vključno z motorji z dvojnimi ojačevalniki Space Shuttle in stopnjami za dvig serije Delta.

Površina površine je količina pogonskega goriva, ki je izpostavljeno notranjim plamenom, ki so v neposredni povezavi s potiskom. Povečanje površine bo povečalo potisk, vendar bo zmanjšalo čas gorenja, saj se pogonsko gorivo porablja s pospešeno hitrostjo. Optimalni potisk je običajno konstanten, kar lahko dosežemo z ohranjanjem konstantne površine celotne opekline.

Primeri oblikovanja zrn s konstantno površino vključujejo: gorenje na koncu, notranje jedro in zunanje jedro ter notranje zgorevanje z zvezdicami.

Za optimizacijo razmerja med potiskom zrnja se uporabljajo različne oblike, saj lahko nekatere rakete zahtevajo tiskalnik prvotno sestavni del z visokim potiskom za vzlet, medtem ko bo spodnji potisk dovolj njen regresivni potisk po zagonu zahteve. Zapleteni vzorci žitnega jedra pri nadzorovanju izpostavljene površine raketnega goriva imajo pogosto dele, prevlečene z negorljivo plastiko (kot je celulozni acetat). Ta plašč preprečuje, da bi plameni z notranjim zgorevanjem vžgali tisti del goriva, vžigal se je šele pozneje, ko sežig doseže gorivo neposredno.

Pri načrtovanju raketnega zrnja rakete je treba upoštevati specifičen impulz zrcala, saj gre lahko za izpad razlike (eksplozija) in uspešno optimizirano raketo, ki ustvarja potisk.

• Ko bo trdna raketa vžgana, bo porabila celotno gorivo, brez možnosti nastavitve izklopa ali potiska. Luna raketa Saturn V je uporabila skoraj 8 milijonov funtov potiska, kar z uporabo trdnega pogonskega goriva ne bi bilo izvedljivo, kar zahteva visoko specifičen impulzni tekoči pogonski plin.
• Nevarnost, ki jo prinašajo mešana goriva monopropelantnih raket, tj. Včasih je nitroglicerin sestavina.

Ena prednost je enostavnost skladiščenja raket na trdo gorivo. Nekatere od teh raket so majhne rakete, kot sta Honest John in Nike Hercules; druge so velike balistične rakete, kot so Polaris, narednik in Vanguard. Tekoča goriva lahko nudijo boljše zmogljivosti, vendar imajo težave pri skladiščenju tekočin s tekočino in ravnanju s tekočino blizu absolutne ničle (0 stopinj Kelvin) je omejila njihovo uporabo, ne da bi izpolnila stroge zahteve, ki jih vojska zahteva svoje ognjene moči.

Rakete s tekočim gorivom je prvi teoretiziral Tsiolkozski v svojem "Preiskovanju medplanetarnega prostora s sredstvi reaktivnih naprav", objavljenem leta 1896. Njegova ideja se je uresničila 27 let pozneje, ko je Robert Goddard izstrelil prvo raketo na tekoče gorivo.

Rakete s tekočim gorivom so z mogočnimi raketama Energiya SL-17 in Saturn V poganjale Ruse in Američane globoko v vesoljsko dobo. Visoke potisne zmogljivosti teh raket so omogočile naša prva potovanja v vesolje. "Velik korak za človeštvo", ki se je zgodil 21. julija 1969, ko je Armstrong stopil na Luno, je omogočil 8 milijonov funtov potisne rakete Saturn V.

Dva kovinska rezervoarja zadržujeta gorivo oziroma oksidant. Zaradi lastnosti teh dveh tekočin se običajno naložijo v njihove rezervoarje tik pred izstrelitvijo. Ločeni rezervoarji so potrebni, saj številna tekoča goriva gorijo ob stiku. Po nastavljenem zaporedju zagona se odpreta dva ventila, ki omogočata, da tekočina teče po cevi. Če so se ti ventili preprosto odprli, kar omogoča, da se tekoča pogonska goriva pretakajo v zgorevalno komoro, a prišlo bi do šibke in nestabilne hitrosti potiska, torej bodisi dovod plina pod tlakom bodisi dovod turbo črpalke rabljen.

Enostavnejši od teh dveh, dovod plina pod tlakom, v pogonski sistem doda rezervoar visokotlačnega plina. Plin, nereaktiven, inerten in lahek plin (kot je helij) zadržuje in regulira pod velikim pritiskom ventil / regulator.

Druga in pogosto prednostna rešitev težave s prenosom goriva je turbo črpalka. Turbo črpalka je enaka običajni črpalki v delovanju in obide sistem pod tlakom plina, tako da izsesa goriva in jih pospeši v zgorevalni komori.

Oksidant in gorivo se mešata in vžgeta v zgorevalni komori in ustvarja se potisk.

Žal zadnja točka naredi zapletene in zapletene rakete s tekočimi potisnimi sredstvi. Pravi sodobni tekoči dvopropelirni motor ima na tisoče cevnih priključkov, ki prevažajo različne tekočine za hlajenje, dovajanje goriva in mazanja. Poleg tega različni deli, na primer turbo črpalka ali regulator, so sestavljeni iz ločenih vrstic cevi, žic, regulacijskih ventilov, merilnikov temperature in podpornih opornikov. Glede na številne dele je velika možnost, da ena integralna funkcija ne uspe.

Kot smo že omenili, je oksidant najpogosteje uporabljen tekoči kisik, vendar ima tudi svoje pomanjkljivosti. Za dosego tekočega stanja tega elementa mora biti temperatura -183 stopinj Celzija dobljeni - pogoji, pod katerimi kisik zlahka izhlapi, pri čemer izgubimo veliko količino oksidanta med nalaganjem. Dušikova kislina, še en močan oksidant, vsebuje 76% kisika, je v tekočem stanju pri STP in ima veliko specifična težnostGreat vse velike prednosti. Slednja točka je meritev, ki je podobna gostoti, in ker se dviga višje, tako da deluje tudi pogonsko gorivo. A dušikova kislina je nevarna pri ravnanju (z mešanico z vodo nastaja močna kislina) in pri zgorevanju s gorivom nastanejo škodljivi stranski proizvodi, zato je njena uporaba omejena.

Ognjeni ognjemeti so bili razviti v drugem stoletju pred našim štetjem, najstarejša oblika raket in najbolj poenostavljena. Prvotno so imeli ognjemeti vere, vendar so bili pozneje prilagojeni za vojaško uporabo v srednjem veku v obliki "gorečih puščic".

V desetem in trinajstem stoletju so Mongoli in Arabci pripeljali glavni del teh zgodnjih raket na zahod: smodnik. Čeprav sta topovi in ​​pištola postali glavni razvojni dogodki od vzhodne uvedbe smodnika, so nastale tudi rakete. Te rakete so bile v bistvu povečane ognjemetne snovi, ki so poleg dolgega ali topov poganjale pakete eksplozivnega smodnika.

V imperialističnih vojnah poznega osemnajstega stoletja je polkovnik Congreve razvil svoje slavne rakete, ki potujejo na razdaljah štirih milj. "Rdeči bleščanje raket" (ameriška himna) beleži uporabo raketnega bojevanja v svoji zgodnji obliki vojaške strategije med inspirativnim bojem Fort McHenry.

Varovalka (bombažna vrvica, obložena s smodnikom) se prižge s šibico ali s "punkom" (lesena palica s premognim rdečim žarečim vrhom). Ta varovalka se hitro zažge v jedru rakete, kjer vžge stene baruta notranjega jedra. Kot smo že omenili, je ena od kemikalij v smodniku najpomembnejša sestavina kalijev nitrat. Molekularna struktura te kemikalije, KNO3, vsebuje tri atome kisika (O3), en atom dušika (N) in en atom kalija (K). Trije kisikovi atomi, zaklenjeni v to molekulo, zagotavljajo "zrak", ki sta ga varovalka in raketa uporabili za zgorevanje drugih dveh sestavin, ogljika in žvepla. Tako kalijev nitrat oksidira kemijsko reakcijo tako, da zlahka sprosti kisik. Ta reakcija sicer ni spontana in jo je treba sprožiti z vročino, kot sta tekma ali "punk".