Kako djeluje raketa na čvrsto gorivo

Rakete s čvrstim pogonom uključuju sve starije rakete za vatromet, međutim sada su u pitanju naprednija goriva, dizajni i funkcije sa čvrstim gorivima.

Čvrsto gorivo izumljene su rakete pred raketama na tekuće gorivo. Tip čvrstog pogonskog goriva počeo je doprinosima znanstvenika Zasiadko, Constantinov i Congreve. Sada, u naprednom stanju, rakete sa čvrstim pogonskim gorivom i danas su u širokoj uporabi, uključujući Space Shuttle motore s dvostrukim potiskom i stupnjeve potiskivanja serije Delta.

Površina je količina pogonskog sredstva izložena unutarnjim plamenovima sagorijevanja, koji postoje u izravnoj vezi s potiskom. Povećanje površine povećat će potisak, ali će smanjiti vrijeme sagorijevanja jer se pogonsko gorivo troši ubrzanom brzinom. Optimalni potisak je obično konstantan, što se može postići održavanjem konstantne površine tijekom cijelog opeklina.

Primjeri dizajna zrna stalne površine uključuju: završno gorenje, unutarnje jezgro i vanjsko jezgro i unutarnje izgaranje jezgre.

Za optimizaciju odnosa zrna i potiska koriste se različiti oblici jer neke rakete mogu zahtijevati u početku je visoka potisna komponenta za polijetanje, dok će manji potisak biti dovoljan njezin regresivni potisak nakon pokretanja zahtjevima. Komplicirani uzorci jezgre zrna, u kontroli izložene površine raketa goriva, često imaju dijelove obložene nezapaljivom plastikom (poput celuloznog acetata). Ovaj sloj sprečava da plamenovi s unutarnjim izgaranjem zapale taj dio goriva, koji se zapali tek kad gorivo izravno dopre gorivo.

U dizajniranju raketnog pogonskog zrna mora se uzeti u obzir specifični impuls zrna jer to može biti razlika (eksplozija) i uspješno optimizirana raketa koja proizvodi potisak.

• Jednom kad se čvrsta raketa zapali, potrošit će cjelokupno svoje gorivo, bez ikakvih mogućnosti prilagodbe zatvarača ili potiska. Raketa Saturn V koristila je gotovo 8 milijuna funti, što ne bi bilo izvedivo s korištenjem čvrstog pogonskog goriva, zahtijevajući visok specifični impulsni tekući goriv.
• Opasnost od miješanih goriva monopropelantnih raketa, tj. Ponekad je nitroglicerin sastojak.

Jedna prednost je jednostavnost skladištenja raketa s čvrstim pogonom. Neke od tih raketa su male rakete kao što su Honest John i Nike Hercules; druge su velike balističke rakete poput Polarisa, narednika i Vanguarda. Tekuća goriva mogu pružati bolje performanse, ali poteškoće u skladištenju i rukovanju tekućinama blizu apsolutne nule (0 stupnjeva) Kelvin) ograničila njihovu uporabu nesposobna da udovolji strogim zahtjevima koje vojska zahtijeva svoju vatrenu moć.

Rakete s tekućim gorivom prvi je teoretizirao Tsiolkozski u svom "Istraživanju međuplanetarnog prostora sredstvima reaktivnih uređaja", objavljenom 1896. Njegova ideja ostvarena je 27 godina kasnije kada je Robert Goddard lansirao prvu raketu na tekuće gorivo.

Rakete s tekućim gorivom pokretale su Ruse i Amerikance duboko u svemirsko doba moćnim raketama Energiya SL-17 i Saturn V. Visoki potisni kapaciteti ovih raketa omogućili su naša prva putovanja u svemir. "Ogroman korak za čovječanstvo" koji se dogodio 21. srpnja 1969., dok je Armstrong zakoračio na Mjesec, omogućio je potisak rakete od 8 milijuna funti Saturn V.

Dva metalna spremnika drže gorivo odnosno oksidator. Zbog svojstava ove dvije tekućine obično se stavljaju u njihove spremnike neposredno prije pokretanja. Zasebni spremnici su potrebni jer se mnoga tekuća goriva sagorijevaju nakon dodira. Nakon postavljenog slijeda pokretanja otvaraju se dva ventila, omogućujući tekućini da teče niz cijev. Ako bi se ti ventili jednostavno otvorili dopuštajući tečnim gorivima da uđu u komoru za izgaranje, a došlo bi do slabe i nestabilne brzine potiska, tako da je bilo dovod plina pod tlakom ili dovod turbopumpe koristi.

Jednostavnija od ove dvije, dovod plina pod pritiskom, u pogonski sustav dodaje spremnik plina visokog tlaka. Plin, nereaktivan, inertan i lagan plin (kao što je helij) drži se i regulira, pod velikim pritiskom, ventilom / regulatorom.

Drugo, i često poželjno rješenje problema s prijenosom goriva je turbo pumpa. Turbopumpa jednaka je uobičajenoj pumpi po funkciji i zaobilazi sustav pod tlakom plina usisavajući pogonska goriva i ubrzavajući ih u komori za izgaranje.

Oksidant i gorivo se miješaju i zapale unutar komore za izgaranje i stvara se potisak.

Nažalost, posljednja točka čini rakete s tekućim pogonima zamršenim i složenim. Pravi moderni tekući dvopropelantni motor ima tisuće cjevovodnih priključaka koji nose razne rashladne, goriva ili maziva. Također, različiti dijelovi poput turbo-crpke ili regulatora sastoje se od zasebnih vrtoglavih cijevi, žica, regulacijskih ventila, mjerača temperature i potpornih nosača. S obzirom na mnogo dijelova, vjerojatnost neuspjeha jedne integralne funkcije je velika.

Kao što je već napomenuto, tekući kisik najčešće se koristi oksidant, ali ima i svojih nedostataka. Da bi se postiglo tekuće stanje ovog elementa, mora biti temperatura od -183 stupnja Celzijusa dobiveni - uvjeti pod kojima kisik lako ispari, gubeći upravo veliku količinu oksidansa tijekom utovara. Dušična kiselina, još jedan moćan oksidant, sadrži 76% kisika, u tekućem je stanju na STP i ima visoku specifična gravitacijaSve velike prednosti. Posljednja točka je mjerenje slično gustoći i što se više diže, tako i performanse pogonskog goriva. Ali dušična kiselina je opasna pri rukovanju (mješavina s vodom stvara jaku kiselinu) i stvara štetne nusproizvode izgaranje gorivom, tako da je njezina upotreba ograničena.

Razvijeni u drugom stoljeću prije Krista, drevni Kinezi, vatromet je najstariji oblik raketa i najjednostavniji. U početku su vatromet imao religioznu svrhu, ali je kasnije prilagođen za vojnu upotrebu tijekom srednjeg vijeka u obliku "plamenih strelica".

Tijekom desetog i trinaestog stoljeća, Mongoli i Arapi donijeli su glavni dio ovih ranih raketa na Zapad: barut. Iako su top i pištolj postali glavni razvoj događaja od istočnog uvođenja baruta, rezultirale su i raketama. Te su rakete bile u biti uvećani vatromet koji je, osim dugih papuča ili topova, bacao pakete eksplozivnog baruta.

Tijekom imperijalističkih ratova kasnog osamnaestog stoljeća, pukovnik Congreve razvio je svoje čuvene rakete, koje putuju na udaljenosti od četiri milje. "Crveni odsjaj rakete" (američka himna) bilježi upotrebu raketnog rata, u svom ranom obliku vojne strategije, tijekom inspirativne bitke Fort McHenry.

Osigurač (pamučna vrpca obložena barutom) svijetli šibicom ili "punkom" (drveni štap s vrhom nalik na ugljen u obliku crvene boje). Ovaj osigurač izgara brzo u jezgri rakete, gdje zapali zidove baruta unutarnje jezgre. Kao što je spomenuto prije, jedna od kemikalija u barutu je kalijev nitrat, najvažniji sastojak. Molekularna struktura ove kemikalije, KNO3, sadrži tri atoma kisika (O3), jedan atom dušika (N) i jedan atom kalija (K). Tri atoma kisika zaključana u ovoj molekuli daju "zrak" koji su osigurač i raketa koristili za spaljivanje druga dva sastojka, ugljika i sumpora. Tako kalijev nitrat oksidira kemijsku reakciju lako oslobađajući kisik. Ova reakcija ipak nije spontana i mora se pokrenuti vrućinom poput utakmice ili "panker".