Rachetele ca tip de armă există de foarte mult timp. Pionierii în această chestiune au fost chinezii, așa cum se menționează în imnul Imperiului Celest de la începutul secolului al XIX-lea. „Flare roșii de rachete” - așa se cântă. Au fost acuzați de praf de pușcă, inventat, după cum știți, în China. Dar pentru ca „strălucirea roșie” să strălucească și săgețile de foc au căzut pe capul dușmanilor, motoare rachete, deși cel mai simplu. Toată lumea știe că praful de pușcă explodează și, pentru zbor, este necesară arderea intensivă cu eliberare direcțională de gaz. Deci, compoziția combustibilului a trebuit schimbată. În timp ce la explozivii convenționali raportul de ingrediente este de 75% azotat, 15% carbon și 10% sulf, motoarele rachete conțin 72% azotat, 24% carbon și 4% sulf.
Rachetele nucleare nu sunt produse noi. Scopul său a fost de a dezvolta un motor nuclear ușor și compact pentru a fi utilizat în industria de apărare, cum ar fi pomparea de sarcini utile grele pe orbită pe orbită înaltă. Piatra de temelie a acestui proiect a fost un reactor cu pat parțial în care combustibilul consta din particule compacte de carbură de uraniu fină, acoperite cu carbură de zirconiu. Lucrările la acest reactor au eșuat înainte de dezvoltarea modelului de zbor. dar inginerii au arătat cu un model de putere redusă că conceptul era fezabil.
Plicul de hidrură de litiu 7 va înconjura rola de combustibil și va încetini neutronii emiși de fisiunea nucleară care vor apărea în combustibil. Agentul frigorific va curge din in afara role în interior, evaporându-se rapid în combustibil. deoarece se va încălzi și curge spre centru. Un astfel de sistem ar beneficia de prezența hidrogenului în sistemul solar, de exemplu, de când durează combustibilul nuclear pentru mult timp, vehiculalimentate cu energie nucleară ar putea călători teoretic în jurul sistemului solar în 10 sau 15 ani, completându-se. dacă este necesar, în hidrogen.
În rachetele și acceleratoarele moderne cu combustibil solid, amestecurile mai complexe sunt folosite ca combustibil, dar principiul rămâne același, cel vechi chinezesc. Meritele sale sunt incontestabile. Aceasta este simplitatea, fiabilitatea, viteza mare de inițiere, relativul ieftin și ușurința de utilizare. Pentru ca proiectilul să înceapă, este suficient să aprinzi un solid amestec combustibil, asigură fluxul de aer - și gata, a zburat.
Nava spațială ar putea evolua luni întregi în atmosferele lui Jupiter, Saturn, Uranus sau Neptun, colectând date detaliate despre compoziția sau clima lor, iar mașina ar putea vizita mostre din Europa, Pluto sau Titan. din roci, iar acesta ar umple hidrogenul prin hidrolizarea apei din gheața topită.
Deoarece reactorul său a fost instalat departe de Pământ, o navă spațială nucleară ar fi mai sigură decât unele sonde de recunoaștere în adâncime echipate cu propulsori chimici. În condițiile sistemului solar, razele soarelui furnizează, de asemenea, energia electrică necesară instrumentelor navei spațiale. Acesta este motivul pentru care lucrează de obicei cu plutoniul 238, care este extrem de radioactiv chiar și atunci când este lansat, dar pe o sondă cu combustibil nuclear, instrumentele vor fi alimentate de un reactor care asigură împingere. produsele radioactive vor fi neglijabile.
Cu toate acestea, această tehnologie încercată și adevărată are dezavantajele sale. În primul rând, după inițierea arderii combustibilului, nu mai este posibilă oprirea acestuia, precum și schimbarea modului de ardere. În al doilea rând, este necesar oxigen, dar într-un spațiu rarefiat sau fără aer, nu este. În al treilea rând, arderea continuă prea repede.
Soluția, pe care oamenii de știință din multe țări o caută de mulți ani, a fost în sfârșit găsită. Dr. Robert Goddard a testat primul motor de rachetă cu combustibil lichid în 1926. A folosit benzină amestecată cu oxigen lichid drept combustibil. Pentru ca sistemul să funcționeze stabil cel puțin două secunde și jumătate, Goddard a trebuit să rezolve seria probleme tehniceconectat cu pomparea reactivilor, sistemul de răcire și
Cu două trepte de propulsie criogenică în corpul central și două amplificatoare de combustibil solid, acest lansator poate conține peste 9 tone încărcătură utilă în orbită în orbită geostaționară. La decolarea acestui zbor 164, există o impresie extraordinară a puterii susținute de cele 37 de gigawat dezvoltate de boostere și de motorul criogen principal Vulcan.
Lansatorul se ridică apoi pe verticală până când trec dopurile anti-trăsnet, care îl protejează în timp ce așteaptă la punctul de tragere. Obiectul este atras de centrul Pământului, indiferent de locația sa pe glob. Motivul acestui fenomen este atracția newtoniană. Greutatea enormă pe care racheta o va putea depăși datorită mișcării motoarelor sale și principiului acțiune-reacție, care, așa cum spunea savantul englez Isaac Newton, dorește ca orice acțiune să corespundă aceleiași reacții și invers.
Principiul prin care sunt construite toate motoarele rachete cu combustibil lichid este extrem de simplu. Există două tancuri în interiorul corpului. De la unul dintre ele, prin capul de amestecare, oxidantul este introdus în camera de descompunere, unde, în prezența unui catalizator, combustibilul care vine din al doilea rezervor intră într-o stare gazoasă. Un gaz incandescent apare mai întâi trece de zona subsonică îngustă a duzei și apoi de zona supersonică în expansiune, unde este alimentat și combustibilul. În realitate, totul este mult mai complicat, duza necesită răcire, iar modurile de alimentare necesită grad înalt stabilitate. Motoarele rachete moderne pot fi alimentate cu hidrogen ca combustibil, oxigenul este un agent oxidant. Acest amestec este extrem de exploziv, iar cea mai mică încălcare a modului de funcționare al oricărui sistem duce la un accident sau un dezastru. Alte substanțe, nu mai puțin periculoase, pot fi, de asemenea, componente ale combustibilului:
Luați un exemplu: umflat balon cu aer cald forța elastică a balonului comprimă aerul conținut în interior; când acest aer este forțat să iasă prin deschiderea cilindrului, acesta din urmă se deplasează în direcția opusă. Pentru rachete, acesta este același fenomen: motorul evacuează gazele viteza mare la sol și, ca răspuns, racheta este trasă în direcția opusă. Apoi poate decola de la sol dacă această oprire este mai mare decât greutatea sa.
Pentru a produce aceste gaze, fiecare etapă a rachetei are propriul combustibil și oxidantul său, care ard împreună în camera de ardere; gazele sunt apoi accelerate prin expansiune în duză. Cu cât presiunea și temperatura de ardere sunt mai mari, cu atât viteză mai bună ejecție. Aceasta este de o dată și jumătate mai puternică în motoarele criogenice decât în motoare convenționale.
Kerosen și - au fost utilizate în prima etapă a programului de lansare a vehiculului Saturn V în programul Apollo;
Alcoolul și oxigenul lichid - au fost utilizate în rachetele germane V2 și în vehiculele de lansare sovietice Vostok;
Tetroxidul de azot - monometil - hidrazină - a fost utilizat în motoarele Cassini.
Dar împingerea nu este totul, dar este necesar să se realizeze condiții orbitale pentru a putea plasa un obiect pe orbita în jurul Pământului. Transmitând suficient abur obiectului la viteză mare, traiectoria acestuia nu va traversa niciodată planeta noastră: va fi în mod constant în cădere liberă, dar nu va afecta Pământul, deoarece va trece prea repede.
Viteza orbitei depinde de altitudinea orbitei pe care dorește să o atingă, care în sine depinde de misiunea satelitului. Cel mai adesea, îl depune pe o orbită de transmisie mai puțin consumatoare de energie, iar satelitul însuși va ajunge pe orbita finală de unul singur după câteva manevre orbitale care pot dura câteva zile.
În ciuda complexității proiectării, motoarele rachete cu combustibil lichid sunt principalul mijloc de livrare a mărfurilor spațiale. Ele sunt, de asemenea, utilizate în modurile intercontinentale ale funcționării lor, care se pretează la o reglementare precisă, tehnologii moderne permit automatizarea proceselor care apar în unitățile și ansamblurile lor.
Cu toate acestea, nici motoarele de rachete cu combustibil solid nu și-au pierdut importanța. Sunt utilizate în tehnologia spațială ca auxiliare. Importanța lor este mare în modulele de frânare și salvare.
Materiale compozite bune. La rachete, materialele utilizate sunt în principal aeronautice, deoarece tehnologia este dovedită și oferă foarte mult bună fiabilitate... Dar aceste materiale sunt mai scumpe. ... În cele din urmă, pentru motoare, rezistența mecanică și rezistența la căldură necesită aliaje de titan sau nichel și cupru pur și nichel pentru camerele de ardere; duzele la rândul lor sunt superaliaj sau carbon.
Depozitat separat, lichid și presiune scăzută, în două zone de depozitare. Când motorul este aprins, acestea cresc sub presiune și sunt injectate împreună în camera de ardere a motorului. Acest lucru creează o combustie foarte puternică care provoacă o mulțime de temperaturi și presiuni ridicate.
Motor rachetă cu combustibil lichid (LRE), motor turboreactoralimentat cu combustibil lichid pentru rachete. Schema LPRE a fost dezvoltată de K.E. Ciolkovski în 1903, care a dovedit posibilitatea utilizării motoarelor rachete cu propulsie lichidă pentru zborurile interplanetare. Principiile pe care le-a propus soluție constructivă LRE au fost completate de Yu.V. Kondratyuk și au supraviețuit în motoare moderne... Primele motoare cu rachete cu combustibil lichid au fost dezvoltate și testate de către omul de știință american R. Goddard în 1923 și de omul de știință german G. Obert în 1929. Omul de știință francez R. Eno-Peltri, oamenii de știință germani E. Zenger, G. Walter și alții au lucrat la crearea motorului de rachetă lichid în străinătate. LRE: ORM (motor experimental pentru rachete) și ORM-1 construite și testate în Laborator dinamic gazos (GDL) în 1930-1931 V.P. Glushko ; OP-2 și motorul-10 au fost dezvoltate în Grupul de studiu cu propulsie cu jet F. A. Tsander și testat în 1932-33.
Dificultățile acestui tip de mișcare sunt numeroase. Într-adevăr, spre deosebire de unitatea de propulsie, nu mai este suficient să introduceți blocul motor în motor și apoi să „puneți pulberea” pentru a-l porni. Reactivitatea extremă a celor două propulsori necesită ca acestea să nu fie colectate înainte de a intra în camera de ardere. Într-adevăr, cu ajutorul duzei, doar această parte a motorului are o protecție termică suficientă pentru a nu se topi dedesubt.
Astfel, motorul nu mai este doar o cameră de ardere, o duză și un aprindător, așa cum este cazul unui rezervor solid, ci și a unor rezervoare, a unor turbopompe și a unei rețele mari de linii. cura de slabire. Al doilea problema serioasa asociat cu o creștere a presiunii combustibilului. Într-adevăr, dacă trebuie injectate presiune ridicata într-o stare divergentă, ele nu pot fi stocate la această presiune. Pur și simplu pentru că cu cât este mai mult fluid sub presiune, cu atât cântărește mai mult. Și este ușor de înțeles că cu cât racheta este mai înaltă, cu atât este mai dificil să o scoți de pe sol, astfel încât combustibilii sunt depozitați la presiuni de 2 sau 3 bari și trebuie presurizați înainte de a intra în motor.
În anii 30. În URSS a fost creată familia ORM-1 - ORM-102 LPRE. Aceste motoare cu rachete cu combustibil lichid au fost utilizate pentru a testa elemente structurale care asigură aprinderea, lansarea, funcționarea pe diferiți combustibili lichizi, precum și pentru utilizarea practică în aeronave (de exemplu, ORM-50, ORM-52 etc.).
Din anii 40. în URSS și în străinătate, au fost dezvoltate un număr mare de tipuri de motoare cu rachete cu propulsie lichidă, care au găsit o largă aplicare pe rachete în diverse scopuri iar pe unele avioane. În 1942, în Germania, au fost lansate testele de zbor ale rachetei V-2 a lui V. von Braun cu tracțiune de 245 kn desene de V. Thiel. În 1943-46, pe aeronavele lui V.M. Petlyakov, S. A. Lavochkin, A. S. Yakovlev și P. O. Sukhoi, au fost efectuate teste de zbor ale motoarelor cu propulsie lichidă de aviație auxiliare, create în cadrul Experimental Design Bureau, care a ieșit din GDL (GDL- BINE B). În URSS la începutul anilor 50. zborurile au fost realizate de rachete balistice, al căror motor rachetă a avut o forță semnificativ mai mare. Mai târziu, sub conducerea lui Glushko, A.M. Isaev, S.A. Kosberg și alți designeri sovietici, motoare ( vezi fig. 1 ), care asigura zborurile primilor sateliți sovietici de pământ artificial, sateliți artificiali ai Soarelui, Lunii, Marte, stații automate către Lună, Venus și Marte, nave spațiale, toate rachete geofizice și de altă natură în 1949-72. Motoarele rachete lichide au fost dezvoltate pe scară largă în SUA, Marea Britanie, Franța și alte țări.
Trebuie să adăugăm la această „instalație sanitară” complexă coșmarul ceasornicarului sub forma a două turbopompe, care creează presiune în propulsor și trebuie să se transforme în câteva zeci de mii de rotații pe minut. O particulă de mărimea unui bob în funcționare și este o explozie! Propulsori care pot fi folosiți în motoare lichide, sunt numeroase și diferă în ceea ce privește temperatura de depozitare. Ceea ce caută șoferii atunci când aleg o componentă chimică este o reacție care eliberează tot atâtea componente, dar și foarte ușoare.
Din nou, totul este compromis. În timpul primelor sute de secunde de zbor, în prezența amplificatoarelor, motorul funcționează într-un punct „scăzut”. Apoi lucrează pentru mai mult punct inaltpentru a compensa pierderea de tracțiune datorată eliberării acceleratoarelor. În cele din urmă, la sfârșitul traversării „fierului”, acesta revine la același punct „scăzut”, aici presiunea atmosferică este mai mică și forța de împingere a motorului, care, după cum sa stabilit, crește.
Motorul rachetă constă dintr-o cameră de ardere cu duză, sisteme pentru alimentarea componentelor combustibilului, regulatoare, aprindere și unități auxiliare (schimbătoare de căldură, mixere etc.). Motorul rachetă dezvoltă tracțiune din mn (motoare cu rachete) până la mai multe Mn (LRE din etapa 1 a rachetei Saturn-5 creează un impuls de aproximativ 7 Mn); impulsul specific ajunge
În timpul zborului unei rachete, se pot distinge mai multe etape principale. Racheta este lansată de pe platforma de lansare, care servește la ghidarea modelului, astfel încât să poată utiliza cea mai stabilă traiectorie. Aprinderea este cel mai adesea electrică, dar unele motoare funcționează cu fitile simple. Mișcarea motorului este completă, racheta își continuă ascensiunea, dar mult mai încet. Motorul emite în principal fum albceea ce vă permite să vedeți creșterea modelului pe cer. La sosirea la punctul culminant, motorul este tras din cauza exploziei, eliminând astfel sistemul de extracție. O coborâre lentă este asigurată de recuperarea sistemului. și pur și simplu apucați-vă modelul, înlocuiți motorul, puneți sistemul de recuperare la loc și sunteți gata pentru a doua călătorie! Racheta continuă să crească datorită forței motorului său. ... Astfel, distingem 3 faze principale în timpul lansării rachetei.
pentru 2 bucăți și înainte
pentru combustibili cu 3 componente. Masa motorului pe unitate de tracțiune este de 0,7-2 a / n; dimensiuni variază considerabil. Motoarele rachete lichide sunt disponibile cu porniri simple și multiple, cu o singură și cu mai multe camere. Racheta centrale electrice poate fi cu un singur motor și cu mai multe motoare. Sistemul de alimentare cu combustibil a motorului cu combustibil lichid poate fi cilindrat sau cu o unitate cu turbopompa (TNA) ( fig. 2 ). LRE cu HPA sunt din 2 scheme principale: fără arderea după gazul generatorului și cu arderea după. Într-un motor rachetă cu propulsie lichidă cu HPA fără arderea gazului generator, produsele de generare a gazului sunt evacuate în mediu inconjurator prin duze auxiliare, care sunt adesea direcționate. Gazul generator, un produs de ardere incompletă, are o relativă temperatura scazuta, iar duzele auxiliare au un raport de expansiune mai mic decât cele principale, prin urmare, impulsul specific obținut la ieșirea produselor de ardere prin duzele auxiliare este mai mic decât impulsul specific al camerei principale a motorului cu propulsie lichidă, adică există o pierdere a impulsului specific. Într-un motor rachetă cu combustibil lichid cu generator de gaz după ardere, produsele de generare a gazului cu temperatură relativ scăzută obținute din componentele principale ale combustibilului, după ce au fost declanșate în turbină, sunt trimise în camera LPRE pentru arderea ulterioară. Astfel de motoare cu rachete cu combustibil lichid nu au o pierdere a impulsului specific cauzat de acționarea THA. LRE se disting în funcție de scopul lor: principal (susținător), corector, frână, direcție; motoarele cu rachete micro-rachete pot fi stabilizatoare și orientate. De obicei, motoarele cu rachete cu propulsie lichidă funcționează la presiune constantă în camera de ardere, dar motoarele cu rachetă cu microunde sunt impulsive. Dezvoltat motoare combinatefolosind motoare rachete lichide: rachete turbo și aeriene. Prin natura agentului oxidant, motoarele cu propulsie lichidă sunt: \u200b\u200bacid azotic, tetroxid de azot, oxigen, peroxid de hidrogen, fluor etc.
Faza de mișcare care începe din momentul aprinderii motorului până la sfârșitul mișcării motorului Faza balistică în care racheta continuă să urce în ciuda opririi motorului. Impulsul dat de motor este redus treptat de forțele aplicate modelului: gravitația și fricțiunea aerului. Această fază se încheie la punctul respectiv înălțimea maximă: punctul culminant atunci când sistemul de recuperare este expulzat din nou de motor.
Microfire: câteva explicații
Faza de coborâre este asigurată de sistemul de recuperare. Motoarele nu sunt folosite doar pentru a propulsa modelul prin aer, dar totuși au grijă de alți parametri pentru a asigura zborul „perfect”. De exemplu, tragerea din fum descriind traiectoria modelului, precum și deplasarea sistemului de recuperare.
Problemele care apar în dezvoltarea motoarelor cu rachete cu combustibil lichid sunt numeroase. Necesar alegerea rationala combustibil care îndeplinește condițiile specifice de impuls și funcționarea specificate, precum și perfecțiunea procesului de lucru pentru a atinge impulsul specificat. Necesar munca durabilă la moduri specificate, fără fluctuații de presiune dezvoltate de joasă frecvență și de înaltă frecvență, provocând vibrații distructive ale motorului. Răcirea unui motor expus la produse de ardere agresive la foarte temperaturi mari (până la 5000 K) și presiuni
Există două tipuri de propulsori. Propulsor solid: tubul gol al motorului conține o anumită cantitate de combustibil solid. Producția s-a îmbunătățit de-a lungul anilor și astăzi propulsorul nu mai este un amestec de alte produse sub formă de praf. În timpul arderii combustibilului, gazele fierbinți sunt expulzate din tub cu ajutorul unei duze, creând în același timp o forță axială. Combustibil lichid: Aceste motoare utilizează un alt oxidant și combustibil depozitat în rezervoare diferite.
- Propulsorul folosit anterior a fost pulbere neagră.
- Acest combustibil se comprimă foarte puternic în interiorul tubului.
agravată în unele cazuri de prezența unei faze condensate, prezintă dificultăți semnificative. Majoritatea camerelor sunt răcite de unul dintre componentele combustibilului. Dacă în același timp nu este posibil să se răcească duza și camera la temperatura cerută de condițiile de rezistență (atunci când se utilizează tot combustibilul), atunci se creează o temperatură mai scăzută în stratul de gaz adiacent peretelui prin îmbogățirea stratului de perete cu unul dintre componente. Răcirea mixtă este adesea utilizată, adică externă și internă în același timp ( fig. 3 ). Pentru a proteja pereții camerei și duzei de încălzirea simultană cu răcirea lor, acoperirile de protecție termică sunt utilizate pe scară largă. O sarcină descurajantă este fiabilitatea aprovizionării cu combustibil (criogenică, agresivă etc.) la presiuni
Motoarele din imaginea de mai jos folosesc un fitil pentru a le aprinde. Iată o compoziție tipică a unuia dintre aceste motoare. Evidențiem 3 piese mari în motor.
- Bobul elicei asigură tracțiune.
- Un bob de întârziere care vă permite să expulzați fumul pentru a găsi o rachetă pe cer.
- O sarcină de ejecție care deplasează parașuta.
Teza de doctorat în mod automat... Rezumat Această lucrare are drept scop demonstrarea interesului instrumentelor de diagnostic „inteligente” pentru utilizarea pe motoarele cu rachete. În Europa, s-au făcut multe eforturi pentru a dezvolta unele metode inovatoare, cum ar fi rețelele neuronale, liniile vibraționale sau identificarea parametrică, dar s-au găsit puține rezultate pentru a compara performanța diferiților algoritmi. Acesta este un stand de demonstrație a motorului rachetă criogenică care reprezintă condițiile de utilizare motor real... După prima verificare a noilor algoritmi pe datele de test disponibile, a fost stabilit un standard funcțional pentru a compara caracteristicile algoritmilor prin tipuri diferite eșecuri simulate. Un exemplu simplu de buclă de control care include informații de diagnosticeste, de asemenea, studiat pentru a analiza importanța unor astfel de tehnici în contextul mai larg al controlului inteligent. Scopul principal al acestei lucrări este de a demonstra și analiza beneficiile potențiale ale algoritmilor moderni în timp real pentru monitorizarea și diagnosticarea motoarelor rachete. În ultimele două decenii în Europa, multe studii s-au concentrat pe dezvoltarea rețelelor neuronale specifice. Primul pas este studierea sistemului critic de bancă, circuitul de apă de răcire și analizarea unui posibil model bazat pe metoda de identificare și identificare a filtrului Kalman. Au fost dezvoltați trei algoritmi noi, după validarea preliminară bazată pe date reale de testare, sunt analizați folosind un test funcțional cu cazuri tipice de eșec. Ultima lucrare este integrarea algoritmilor de diagnosticare într-un mediu desktop pentru a pregăti o configurare pentru o aplicație viitoare în timp real. O arhitectură simplă în buclă închisă bazată pe noi instrumente de diagnostic a fost studiată pentru a evalua potențialul noilor metode pentru aplicații viitoare în contextul strategiilor inteligente de gestionare a desktopurilor. Textul integral al acestei teze nu este disponibil pe internet și este disponibil în biblioteca instituției de apărare.
Lit.: Tsiolkovsky K.E., Explorarea spațiilor lumii prin dispozitive reactive. Kaluga, 1926; Dobrovolsky M. V., Motoare cu rachete lichide, M., 1968; Alemasov V.E., Dregalin A.F., Tishin A.P., Theory of rocket engines, ediția a II-a, M., 1969; Petrovich G.V., Motoare cu rachete GDL-OKB. 1929-1969, M., 1969; Volkov EB, Golovkov LG, Syritsyn TL, Motoare cu rachete lichide, M., 1970; Propulsie cu rachete, Amst. - L. - N. Y., 1960.