Jak funguje raketa na tuhá paliva

Rakety na tuhá paliva zahrnují všechny starší rakety ohňostroje, nyní však existují pokročilejší paliva, konstrukce a funkce s pevnými palivy.

Pevný pohon byly vynalezeny rakety před kapalinou poháněnými raketami. Typ pevného paliva začal příspěvky vědců Zasiadko, Constantinov a Congreve. Nyní v pokročilém stavu zůstávají rakety na tuhá paliva dnes v široké míře využívány, včetně duálních posilovacích motorů Space Shuttle a posilovacích stupňů řady Delta.

Povrchová plocha je množství paliva vystavené plamenům vnitřního spalování, které existují v přímém vztahu s tahem. Zvětšení povrchové plochy zvýší tah, ale sníží dobu hoření, protože pohonná látka je spotřebována zrychlenou rychlostí. Optimální tah je obvykle konstantní, čehož lze dosáhnout udržováním konstantní povrchové plochy během hoření.

Příklady konstrukcí zrna s konstantním povrchem zahrnují: spalování na konci, spalování na vnitřní a vnější jádro a spalování na vnitřní hvězdné jádro.

Pro optimalizaci vztahů mezi tahem a zrnem se používají různé tvary, protože některé rakety mohou vyžadovat původně vysoký tahový prvek pro vzlet, zatímco nižší tah bude postačovat jeho post-launch regresivní tah požadavky. Složité vzory jader zrna, při řízení exponované povrchové plochy paliva rakety, mají často části potažené nehořlavým plastem (jako je acetát celulózy). Tento povlak zabraňuje tomu, aby plameny vnitřního spalování zapalovaly tuto část paliva, zapálily se až později, když hoření dosáhlo paliva přímo.

Při navrhování raketového paliva se musí brát v úvahu specifický impuls zrna, protože to může být porucha rozdílu (exploze) a úspěšně optimalizovaná raketa produkující tah.

• Jakmile je zapálena pevná raketa, spotřebuje celé své palivo, bez jakékoli možnosti nastavení vypínání nebo tahu. Měsíční raketa Saturn V používala téměř 8 milionů liber tahu, který by nebyl možný s použitím pevného paliva, což vyžaduje vysoce specifický impulsní kapalný pohon.
• Nebezpečí spojené s předem smíchanými palivy monopropelujících raket, tj. Někdy nitroglycerin, je složkou.

Jednou z výhod je snadné skladování raket na tuhá paliva. Některé z těchto raket jsou malé rakety jako Honest John a Nike Hercules; jiní jsou velké balistické střely jako Polaris, seržant a Vanguard. Kapalné hnací plyny mohou nabídnout lepší výkon, ale obtíže při skladování pohonných hmot a manipulaci s kapalinami téměř nulové (0 stupňů) Kelvine) omezilo jejich použití neschopné splnit přísné požadavky, které armáda požaduje od své palebné síly.

Rakety na kapalné palivo byly poprvé teoretizovány Tsiolkozskim v jeho „Zkoumání meziplanetárního prostoru prostředky reaktivních zařízení“, publikovaném v roce 1896. Jeho nápad byl realizován o 27 let později, když Robert Goddard vypustil první kapalinou poháněnou raketu.

Rakety na kapalné palivo poháněly Rusy a Američany hluboko do kosmického věku pomocí mocných raket Energiya SL-17 a Saturn V. Vysoké tahové kapacity těchto raket umožnily naše první cesty do vesmíru. „Obrovský krok pro lidstvo“, který se uskutečnil 21. července 1969, když Armstrong vstoupil na Měsíc, byl umožněn tahem 8 milionů liber rakety Saturn V.

Palivo a oxidační činidlo drží dvě kovové nádrže. Díky vlastnostem těchto dvou kapalin se obvykle plní do svých tanků těsně před vypuštěním. Samostatné nádrže jsou nezbytné, protože mnoho kapalných paliv při kontaktu hoří. Po nastavené spouštěcí posloupnosti se otevřou dva ventily, které umožňují tekutině protékat potrubím. Pokud se tyto ventily jednoduše otevřou a umožňují kapalným pohonným látkám proudit do spalovací komory, došlo by ke slabému a nestabilnímu tahu, takže je buď přívod stlačeného plynu nebo přívod turbočerpadla použitý.

Jednodušší z nich, přívod stlačeného plynu, přidává do pohonného systému nádrž vysokotlakého plynu. Plyn, nereaktivní, inertní a lehký plyn (jako je helium), je udržován a regulován pod intenzivním tlakem ventilem / regulátorem.

Druhým a často preferovaným řešením problému s přenosem paliva je turbočerpadlo. Turbočerpadlo je stejné jako běžné čerpadlo ve funkci a obchází plynový systém odsáváním hnacích plynů a jejich urychlováním do spalovací komory.

Oxidační činidlo a palivo se mísí a zapálí uvnitř spalovací komory a vytvoří se tah.

Bohužel poslední bod dělá rakety kapalných pohonných hmot složitými a složitými. Skutečný moderní kapalinový bipropellantový motor má tisíce potrubních spojení nesoucích různé chladicí, palivové nebo mazací kapaliny. Rovněž různé dílčí části, jako je turbočerpadlo nebo regulátor, sestávají ze samostatného vertiga trubek, vodičů, regulačních ventilů, měřidel teploty a podpěrných vzpěr. Vzhledem k mnoha částem je šance na selhání jedné integrální funkce velká.

Jak bylo uvedeno výše, kapalný kyslík je nejčastěji používaným oxidačním činidlem, ale má také své nevýhody. K dosažení kapalného stavu tohoto prvku musí být teplota -183 ° C získaný - podmínky, za kterých se kyslík snadno vypařuje, ztrácí jen velké množství oxidačního činidla při načítání. Kyselina dusičná, další silný oxidátor, obsahuje 76% kyslíku, je v tekutém stavu na STP a má vysokou hodnotu specifická gravitaceGreatvelké výhody. Posledním bodem je měření podobné hustotě a jak stoupá, zvyšuje výkon pohonné látky. Kyselina dusičná je však při manipulaci nebezpečná (směs s vodou vytváří silnou kyselinu) a při spalování s palivem vytváří škodlivé vedlejší produkty, takže její použití je omezené.

Ohňostroje, vyvinuté ve druhém století před naším letopočtem, jsou nejstarší formou raket a nejjednodušší. Původně ohňostroj měl náboženské účely, ale později byl ve středověku upraven pro vojenské použití ve formě „hořících šípů“.

Během desátého a třináctého století, Mongols a Arabové přinesli hlavní součást těchto časných raket na západ: střelný prach. Ačkoli dělo, a zbraň se stala hlavním vývojem od východního zavedení střelného prachu, rakety také vyústily. Tyto rakety byly v podstatě zvětšené ohňostroje, které poháněly, kromě luky nebo děla, balíčky výbušného střelného prachu.

Během imperialistických válek koncem osmnáctého století vyvinul plukovník Congreve své známé rakety, které dosahují vzdálenosti od dálky čtyři míle. „Červený záblesk raket“ (Americká hymna) zaznamenává použití raketové války v její rané formě vojenské strategie během inspirativní bitvy o Fort McHenry.

Pojistka (bavlněné motouzy povlečené střelným prachem) je osvětlena zápalkou nebo „punk“ (dřevěná hůl s červeně zářící špičkou uhlí). Tato pojistka rychle hoří do jádra rakety, kde zapálí stěny střelného prachu vnitřního jádra. Jak bylo uvedeno dříve, jednou z chemikálií v střelném prachu je dusičnan draselný, nejdůležitější složka. Molekulární struktura této chemikálie, KNO3, obsahuje tři atomy kyslíku (O3), jeden atom dusíku (N) a jeden atom draslíku (K). Tři atomy kyslíku zamčené v této molekule poskytují „vzduch“, který pojistka a raketa používaly ke spalování dalších dvou složek, uhlíku a síry. Dusičnan draselný tedy oxiduje chemickou reakci snadno uvolněním kyslíku. Tato reakce však není spontánní a musí být iniciována teplem, jako je zápas nebo „punk“.