Inafasiriwa moja kwa moja kutoka kwa Wikipedia ya Kiingereza na Tafsiri ya Google

Injini ya roketi

RS-68 ilijaribiwa katika kituo cha Stennis Space Space ya NASA. Kutokana na kutolea nje kwa uwazi ni kutokana na kutolea nje kwa injini hiyo kwa kiasi kikubwa cha mvuke ya mvuke ( mvuke wa maji kutoka kwa propellants yake, hidrojeni na oksijeni)
Viking 5C roketi injini

Injini ya roketi ni aina ya injini ya ndege [1] ambayo inatumia tu kuhifadhiwa roketi propellant wingi kwa kutengeneza kasi yake propulsive ndege . Mitambo ya roketi ni injini za mmenyuko , kupatikana kwa mujibu wa Sheria ya tatu ya Newton . Wengi wa injini za roketi ni injini za mwako ndani , ingawa aina zisizo za kuchanganya (kama vile vichaka vya gesi baridi ) zipo pia. Magari yanayotokana na injini za roketi ni kawaida huitwa makombora . Kwa kuwa hawana haja ya vifaa vya nje ili kuunda jet yao, injini za roketi zinaweza kufanya kazi katika utupu na hivyo zinaweza kutumiwa kupitisha makombora ya ndege na maghala .

Ikilinganishwa na aina nyingine za injini za ndege, injini ya roketi ni mbali kabisa, na ina maana ya juu, lakini ni ndogo zaidi ya ufanisi (ina mvuto wa chini kabisa). Kutolea nje bora ni hidrojeni , ni nyepesi zaidi ya gesi zote, lakini makombora ya kemikali huzalisha mchanganyiko wa aina nzito, kupunguza kasi ya kutolea nje. Mitambo ya roketi huwa na ufanisi zaidi kwa kasi ya juu, kutokana na ufanisi mkubwa wa propulsive na athari ya Oberth . Kwa kuwa hawana hali, wanafaa kwa matumizi katika urefu wa juu na katika nafasi.

Yaliyomo

Terminology

Hapa, "roketi" hutumiwa kama kifupi kwa "injini ya roketi".

Makombora ya joto hutumia propellant ya inert, yanayotokana na chanzo cha nguvu kama nguvu za umeme au nyuklia .

Makombora ya kemikali yanatumiwa na athari ya kemikali ya exothermic ya propellant:

  • Makombora ya mafuta yenye nguvu (au makombora au motors yenye nguvu imara ) ni makombora ya kemikali ambayo hutumia propellant katika hali imara.
  • Makombora ya maji yaliyotokana na maji yaliyotumia vijito vya maji au zaidi vinavyotokana na mizinga.
  • Makaburi ya mseto hutumia propellant imara katika chumba cha mwako, ambako kioevu cha pili au kioevu cha oksijeni au kinachozidi huongeza kwa mwako.
  • Makombora ya monopropellant hutumia propellant moja iliyoharibiwa na kichocheo . Monopropellants ya kawaida ni hydrazine na peroxide ya hidrojeni .

Kanuni ya utendaji

Mitambo ya roketi huzalisha na kufukuzwa kwa maji ya kutolea nje ambayo yameharakishwa kwa kasi ya kasi kupitia bomba la kuponya . Kwa kawaida maji yanayotokana na shinikizo la juu (150 hadi 2,900-pound-per-square inch (10 hadi 200 bar)) mwako wa majani yenye nguvu au kioevu, yenye mafuta na oxidiser vipengele, ndani ya chumba cha mwako . Bomba hutumia nishati ya joto iliyotolewa na upanuzi wa gesi ili kuharakisha kutolea nje kwa kasi ( supersonic ) kasi, na majibu ya hii hupunguza injini kwa upande mwingine. Mwako hutumiwa mara nyingi kwa makombora ya vitendo, kama joto la juu na shinikizo vinahitajika kwa utendaji bora, kuruhusu pua tena, kutoa kasi ya kutolea nje na ufanisi bora wa thermodynamic.

Njia mbadala ya mwako ni roketi ya maji , ambayo hutumia maji yaliyosababishwa na hewa iliyosimamiwa, dioksidi dioksidi , nitrojeni , au kusukuma mwongozo, kwa roketi ya mfano .

Propellant

Mamba ya roketi ni molekuli iliyohifadhiwa, kwa kawaida katika aina fulani ya tank propellant, au ndani ya chumba cha mwako yenyewe, kabla ya kuondolewa kutoka kwenye injini ya roketi kwa njia ya jet la maji ili kuzalisha.

Mazao ya roketi ya kemikali hutumiwa mara nyingi, ambayo hupata athari ya kemikali ya uchochezi ambayo huzalisha gesi ya moto ambayo hutumiwa na roketi kwa madhumuni ya propulsive. Vinginevyo, molekuli ya majibu ya inert inaweza kuwa moto kwa kutumia chanzo chenye nguvu cha nishati kupitia mchanganyiko wa joto, na kisha hakuna chumba cha mwako kinachotumiwa.

Nguvu ya roketi yenye nguvu.

Vipande vya roketi vilivyoandaliwa vinatengenezwa kama mchanganyiko wa vipengele vya mafuta na vioksidishaji vinavyoitwa 'nafaka' na kanda ya hifadhi ya propellant inakuwa kikao cha mwako.

sindano

Makombora yaliyotokana na maji yaliyotokana na vipengele vya mafuta na oxidiser tofauti katika chumba cha mwako, ambapo huchanganya na kuchoma. Mitambo ya roketi ya mseto hutumia mchanganyiko wa mazao ya imara na ya kioevu au ya gesi. Makaburi yote ya kioevu na ya mseto hutumia injectors kuanzisha propellant ndani ya chumba. Hizi ni mara nyingi ni safu za jets rahisi - mashimo ambayo propellant inakimbia chini ya shinikizo; lakini wakati mwingine inaweza kuwa na nozzles magumu zaidi ya dawa. Wakati mazao mawili au zaidi yamejitokeza, jet kawaida husababisha kwa makusudi propellants kuingiliana kama hii inavyogeuka mtiririko kwenye vidonda vidogo vinavyotaka kwa urahisi zaidi.

Mwako chumba

Kwa makombora ya kemikali chumba cha mwako ni kawaida tu silinda, na wamiliki wa moto hutumiwa mara chache. Vipimo vya silinda ni hivyo kwamba propellant ina uwezo wa kuchanganya kabisa; Vipande mbalimbali vya roketi huhitaji ukubwa tofauti wa chumba cha mwako kwa hii kutokea. Hii inasababisha idadi inayoitwa :

ambapo:

  • ni kiasi cha chumba
  • ni eneo la koo

L * ni kawaida katika upeo wa inchi 25-60 (0.64-1.52 m).

Mchanganyiko wa joto na shinikizo ambazo kawaida hufikiwa katika chumba cha mwako ni kawaida uliokithiri na viwango vyovyote. Tofauti na injini za ndege za ndege za hewa, hakuna nitrojeni ya anga iliyopo ili kuondokana na baridi na mwako, na joto linaweza kufikia uwiano wa stoichiometric wa kweli. Hii, pamoja na shinikizo kubwa, inamaanisha kwamba kiwango cha uendeshaji wa joto kupitia kuta ni juu sana.

nozzle

Kupigwa kwa roketi kunasababishwa na shinikizo linalofanya katika chumba cha mwako na bomba. Kutoka sheria ya tatu ya Newton, shinikizo sawa na kinyume hufanyika kwenye kutolea nje, na hii huharakisha kwa kasi ya juu.

Gesi ya moto inayozalishwa katika chumba cha mwako inaruhusiwa kutoroka kupitia ufunguzi ("koo"), na kisha kupitia sehemu ya kupanua. Wakati shinikizo la kutosha hutolewa kwa bubu (juu ya shinikizo la mara 2.5-3), kupigwa kwa bomba na jet supersonic hutengenezwa, kwa kasi kuharakisha gesi, kugeuza nguvu nyingi za joto katika nishati ya kinetic. Kiwango cha kutolea nje kinatofautiana, kwa kuzingatia uwiano wa upanuzi wa bomba imeundwa kwa, lakini kasi ya kutolea kasi ya juu kama mara kumi kasi ya sauti katika hewa katika kiwango cha bahari si ya kawaida. Karibu nusu ya injini ya injini ya roketi hutoka katika shinikizo la usawa ndani ya chumba cha mwako, na wengine hutoka na shinikizo linalohusika na ndani ya bubu (tazama mchoro). Gesi inapanua ( adiabatically ) shinikizo dhidi ya kuta za bomba huwa na nguvu ya injini ya roketi katika mwelekeo mmoja huku ikitiliza gesi katika nyingine.

Mipango minne ya upanuzi wa bomba la de Laval:
• haijulikani
• kupanua kikamilifu
• utoaji wa ziada
• kwa kiasi kikubwa



Bomba la kawaida linalojulikana ni bomba la de Laval , bomba la kijiometri iliyo na kiwango kikubwa cha upanuzi. Ugani mkubwa wa kengele au umbo la kona zaidi ya koo hutoa injini ya rocket sura yake ya tabia.

Shinikizo la kutolea nje ya ndege ya kutolea nje inategemea shinikizo la chumba na uwiano wa kutokea kwenye eneo la koo la pua. Kama shinikizo la exit linatofautiana na shinikizo la anga (angani), bomba linachochomwa husema kuwa

  • haijulikani (kutolewa shinikizo kubwa zaidi kuliko mahali),
  • kupanua kikamilifu (shinikizo kutoka nje linafanana)
  • unasababishwa (kuondoka shinikizo chini ya mwendo , almasi ya kutisha fomu nje ya bubu), au
  • kwa kiasi kikubwa cha kutosha (wimbi la mshtuko linalo ndani ya ugani wa bomba). Katika mazoezi, upanuzi kamili unafanikiwa tu na bomba la eneo la kutofautiana (kwa sababu shinikizo la chini linapungua kama ongezeko la urefu), na haiwezekani juu ya urefu fulani kama shinikizo la kawaida linafikia sifuri. Ikiwa pua haina kupanuliwa kikamilifu, basi upotevu wa ufanisi hutokea. Vipu vilivyotumika sana hupoteza ufanisi mdogo, lakini vinaweza kusababisha matatizo ya mitambo na bomba. Nozzles za eneo zisizohamishika zimeongezeka kwa kasi zaidi wakati wanapata urefu. Karibu pua zote za Laval zitakuwa zinazotekelezwa kwa kiasi kikubwa wakati wa kuanza katika anga. [2]

Ufanisi wa bomba huathiriwa na uendeshaji angalau kwa sababu shinikizo la anga linabadilika; lakini kutokana na kasi ya juu ya gesi iliyotokana na injini ya roketi, shinikizo la ndege inaweza kuwa chini au zaidi, na usawa kati ya hizo mbili haipatikani kwenye sehemu zote (angalia mchoro).

Shinikizo la nyuma na upanuzi wa moja kwa moja

Kwa utendaji mzuri shinikizo la gesi mwishoni mwa pua lazima iwe sawa na shinikizo la kawaida: ikiwa shinikizo la kutolea nje ni la chini kuliko shinikizo la ndani, basi gari litapungua kwa tofauti kati ya shinikizo kati ya injini na exit; Kwa upande mwingine, ikiwa shinikizo la kutolea nje ni la juu, basi kutolea shinikizo ambalo linaweza kugeuzwa kuwa sio la kuongozwa, na nishati imepotea.

Ili kudumisha hali hii ya usawa kati ya shinikizo la kutolea nje na shinikizo la ndani, ukubwa wa bomba unahitaji kuongezeka kwa urefu, na kusababisha shinikizo la muda mrefu wa kupigia (na kupunguza shinikizo la joto na joto). Ongezeko hili ni vigumu kupanga kwa mtindo mwepesi, ingawa hufanyika mara kwa mara na aina nyingine za injini za ndege. Katika rocketry mwanga mdogo maelewano buzz kawaida kutumika na baadhi ya kupunguza utendaji wa anga hutokea wakati kutumika nje ya 'kubuni urefu' au wakati koo. Kuboresha juu ya hili, miundo mbalimbali ya bunduki ya kigeni kama vile bunduki ya kuziba , pua zilizopitiwa , pua ya kupanua na aerospike yamependekezwa, kila mmoja hutoa njia fulani ya kukabiliana na mabadiliko ya shinikizo la hewa iliyoko na kila kuruhusu gesi kupanua zaidi dhidi ya bubu , kutoa zaidi kusisitiza katika urefu wa juu.

Wakati wa kutosha katika shinikizo la kutosha la chini (utupu) masuala kadhaa yanayotokea. Moja ni uzito mkubwa wa bomba-zaidi ya uhakika fulani, kwa gari fulani, uzito wa ziada wa bomba hupunguza utendaji wowote. Pili, kama gesi za kutolea nje zinazidi kupanua ndani ya buza, na hatimaye baadhi ya kemikali zinaweza kufungia, huzalisha 'theluji' ndani ya ndege. Hii inasababisha kutokuwa na uwezo katika jet na lazima iepukwe.

Katika bomba la Laval , kutolea nje kikosi cha mtiririko wa gesi kitatokea katika bomba la kupanua sana. Kama hatua ya kikosi haiwezi kuwa sare karibu na mhimili wa injini, nguvu ya upande inaweza kuingizwa kwenye injini. Nguvu hii ya upande inaweza kubadilika kwa muda na kusababisha matatizo ya kudhibiti na gari la uzinduzi.

Mipangilio ya kiwango cha juu cha fidia ya juu , kama vile aerospike au kuziba nozzle , jaribio la kupunguza hasara za utendaji kwa kurekebisha uwiano wa kutofautiana uliosababishwa na kubadilisha urefu.

Ufanisi wa Propellant

Joto la kawaida (T), shinikizo (p), na kasi (v) maelezo katika Nozzle ya Laval

Kwa injini ya roketi kuwa na ufanisi wa propellant, ni muhimu kwamba shinikizo kubwa iwezekanavyo kuundwa kwenye kuta za chumba na bomba kwa kiwango fulani cha propellant; kama hii ndiyo chanzo cha kufanywa. Hii inaweza kupatikana kwa wote:

  • inapokanzwa propellant kwa joto la juu iwezekanavyo (kwa kutumia mafuta ya nishati ya juu, yenye hidrojeni na kaboni na wakati mwingine metali kama alumini , au hata kutumia nishati ya nyuklia)
  • kutumia gesi maalum ya wiani (kama hidrojeni matajiri iwezekanavyo)
  • kutumia propellants ambayo ni, au kuharibika, molekuli rahisi na digrii chache za uhuru wa kuongeza kasi ya kutafsiri

Kwa kuwa vitu hivi vyote hupunguza wingi wa propellant kutumika, na kwa sababu shinikizo ni sawa na wingi wa sasa propellant kuwa kasi kama inasukuma injini, na tangu sheria ya tatu ya Newton shinikizo kwamba vitendo katika injini pia kwa usahihi vitendo juu ya propellant, inageuka kuwa kwa injini yoyote, kasi ambayo propellant inacha chumbani haipatikani na shinikizo la chumba (ingawa fikra ni sawa). Hata hivyo, kasi inaathirika sana na mambo yote matatu hapo juu na kasi ya kutolea nje ni kipimo bora cha ufanisi wa injini ya kutosha. Hii inajulikana kama kutolea nje kasi , na baada ya posho kufanywa kwa sababu ambazo zinaweza kupunguza, kasi ya kutolea nje ni mojawapo ya vigezo muhimu vya injini ya roketi (ingawa uzito, gharama, urahisi wa utengenezaji nk pia ni muhimu sana) .

Kwa sababu aerodynamic mtiririko huenda sonic (" chokes ") kwenye sehemu nyembamba ya bubu, 'koo'. Kwa kuwa kasi ya sauti katika gesi huongezeka na mizizi ya mraba ya joto, matumizi ya gesi ya kutolea nje huboresha sana utendaji. Kwa kulinganisha, joto la kawaida kasi ya sauti katika hewa ni karibu 340 m / s wakati kasi ya sauti katika gesi ya moto ya injini ya roketi inaweza kuwa zaidi ya 1700 m / s; sehemu kubwa ya utendaji huu ni kutokana na joto la juu, lakini pia mazao ya roketi yanachaguliwa kuwa ya chini ya molekuli ya Masi, na hii pia inatoa kasi ya juu ikilinganishwa na hewa.

Upanuzi katika roketi nozzle kisha zaidi huongeza kasi, kawaida kati ya 1.5 na mara 2, kutoa sana collimated Hypersonic kutolea ndege. Kuongezeka kwa kasi ya bunduki ya roketi kunatajwa zaidi na uwiano wa eneo la upanuzi wa eneo-uwiano wa eneo la koo hadi eneo la nje, lakini mali ya kina ya gesi pia ni muhimu. Vipande vikubwa vya uwiano ni kubwa zaidi lakini huweza kuchoma joto zaidi kutoka kwa gesi za mwako, na kuongeza kasi ya kutolea nje.

Kuweka vectoring

Magari kawaida inahitaji kutimiza kwa ujumla kubadilisha mwelekeo juu ya urefu wa kuchoma. Njia mbalimbali za kufikia hili zimejaa:

  • Injini nzima imewekwa kwenye kizuizi au gimbal na feeds yoyote inapokanzwa kufikia injini kupitia mabomba ya chini shinikizo rahisi au mafungo ya rotary.
  • Nyumba tu ya mwako na bomba ni gimballed, pampu ni fasta, na shinikizo la juu linaunganishwa na injini.
  • Mitambo ya mara nyingi (mara nyingi inakabiliwa kwa pembe kidogo) hutumiwa lakini imetumwa kwa kutoa vector jumla ambayo inahitajika, kutoa tu adhabu ndogo sana.
  • Vidogo vya joto hupanda ndani ya kutolea nje na vinaweza kutenganishwa kupuuza ndege.

Utendaji kwa ujumla

Teknolojia ya roketi inaweza kuchanganya juu sana ( meganewtons ), kasi ya kutolea nje sana (karibu mara 10 kasi ya sauti katika hewa bahari) na uwiano mkubwa / uzito (> 100) wakati huo huo pamoja na kuwa na uwezo wa kufanya kazi nje ya anga, na wakati kuruhusu matumizi ya shinikizo la chini na hivyo mizinga mionzi na muundo.

Miamba inaweza kupanuliwa zaidi kwa utendaji uliokithiri zaidi kando moja au zaidi ya shaba hizi kwa gharama ya wengine.

Mchapishaji maalum wa

I sp katika utupu wa roketi mbalimbali
Rocket Wauzaji Mimi sp , utupu (s)
Uhamisho wa nafasi
injini za kioevu

Jambo muhimu zaidi kwa ufanisi wa injini ya roketi ni msukumo kwa kila kitengo cha propellant , hii inaitwa msukumo maalum (kawaida huandikwa ). Hii ni kipimo kama kasi ( ufanisi wa kutolea nje kwa kasi katika mita / pili au ft / s) au kama wakati (sekunde). Injini ambayo hutoa msukumo mkubwa ni kawaida sana yenye kuhitajika.

Msukumo maalum ambao unaweza kupatikana ni hasa kazi ya mchanganyiko wa propellant (na hatimaye ingeweza kuzuia msukumo maalum), lakini mipaka ya vitendo juu ya shinikizo la chumba na ratiba ya upanuzi wa bomba hupunguza utendaji ambao unaweza kupatikana.

Utekelezaji wa Net

Chini ni equation ya takriban kwa kuhesabu usambazaji wavu wa injini ya roketi: [4]

ambapo:
= kutolea nje gesi mtiririko molekuli
= ufanisi wa kutosha wa kutosha
= kasi ya jet wakati Pa = Pe
= mtiririko wa eneo kwenye ndege ya kuacha buti (au ndege ambapo jet huacha pua kama mtiririko uliogawanyika)
= shinikizo la static katika ndege ya kuingia nje ya bomba
= shinikizo la anga (au anga)

Tangu, tofauti na injini ya jet, gari la kawaida la roketi hauna ulaji wa hewa, hakuna "kondoo wa dhahabu" kutaka kutoka kwenye pigo la jumla. Kwa hiyo, usambazaji wa wavu wa roketi ni sawa na pigo kubwa (bila ya shinikizo la mgongo nyuma).

Ya mrefu inawakilisha kuongezeka kwa kasi, ambayo inabakia mara kwa mara katika mazingira ya kutolewa, wakati mrefu inawakilisha muda wa shinikizo. Wakati wa koo kamili, usambazaji wavu wa motor rocket unaboresha kidogo na ukuaji wa juu, kwa sababu kama shinikizo la anga linapungua kwa urefu, shinikizo la kuongezeka kwa muda huongezeka. Juu ya uso wa dunia shinikizo linaweza kupunguzwa hadi 30%, kulingana na kubuni injini. Upungufu huu unashuka kwa kiasi kikubwa kwa sifuri na ukuaji wa juu.

Ufanisi mkubwa wa injini ya roketi hupatikana kwa kuongeza mchango mkubwa wa equation bila adhabu za kutokea kutokana na kupanua kutolea nje. Hii hutokea wakati . Kwa kuwa shinikizo la kawaida limebadilika na urefu, injini nyingi za roketi hutumia muda mfupi sana uendeshaji kwa ufanisi wa kilele.

Omba mimi sp

Kutokana na msukumo maalum tofauti na shinikizo, kiasi ambacho ni rahisi kulinganisha na kuhesabu na ni muhimu. Kwa sababu makombora huinuka kwenye koo, na kwa sababu kutolea nje ya kisayansi kuzuia mvuto wa nje wa kusafiri, hugeuka kwamba shinikizo kwenye usawa ni sawa kabisa na safu ya mtiririko wa propellant , ilitoa uwiano wa mchanganyiko na ufanisi mwako unafanywa. Kwa hiyo ni kawaida kabisa kupanga upya usawa wa juu hapo juu: [5]

na hivyo kufafanua Isp utupu kuwa:

ambapo:

= kasi ya sauti ya kawaida kwenye koo
= mara kwa mara mgawo wa mgawo wa bubu (kawaida kuhusu 2)

Na hivyo:

kusonga

Miamba inaweza kupigwa kwa kudhibiti kiwango cha mwako (kawaida kipimo katika kg / s au lb / s). Katika makombora ya kioevu na ya mseto, mtiririko wa propellant unaoingia ndani ya chumba hudhibitiwa kwa kutumia valves, katika makombora yaliyo imara inasimamiwa kwa kubadilisha eneo la propellant inayowaka na hii inaweza kuundwa katika nafaka inayotayarisha (na hivyo haiwezi kudhibitiwa kwa kweli- wakati).

Mara nyingi roketi hupunguka chini ya shinikizo kutoka kwa asilimia moja ya shinikizo la kawaida [6] (mara nyingi hupunguzwa na kugawanyika kwa pua) na hadi kikomo cha juu kinachojulikana tu kwa nguvu ya mitambo ya injini.

Katika mazoezi, kiwango ambacho makombora yanaweza kuharibiwa hufautiana sana, lakini makombora mengi yanaweza kupigwa na sababu ya 2 bila shida kubwa; [6] kiwango cha kawaida ni utulivu wa mwako, kwa mfano, sindano zinahitaji shinikizo la chini ili kuepuka kuchochea uharibifu wa kuharibu (kutengeneza au kutokuwa na mwako mwako); lakini sindano zinaweza kupanuliwa na kupimwa kwa viwango vingi. Kwa mfano, mipangilio ya injini ya hivi karibuni ya injini ya kioevu ambayo imetengenezwa kwa uwezo mkubwa wa kupigia inaweza kupigwa kwa chini kwa asilimia 18-20 ya kupimwa. [7] [8] Makombora yenye nguvu yanaweza kupigwa kwa kutumia nafaka za umbo ambazo zitatofautiana eneo lao juu ya kipindi cha kuchoma. [6]

Nishati ufanisi

Rocket gari ufanisi mitambo kama kazi ya gari kasi instantaneous kugawanywa na kasi ya kutolea nje ya kutolea nje. Asilimia hizi zinahitaji kuongezeka kwa ufanisi wa injini ya ndani ili kupata ufanisi wa jumla.

Vipande vya injini ya roketi ni kushangaza injini za joto zinazofaa kwa kuzalisha ndege ya kasi, kama matokeo ya joto la juu la mwako na uwiano wa juu wa uingizaji . Vipu vya roketi vinatoa ulinganifu bora kwa upanuzi wa adiabatic ambayo ni mchakato wa kurekebishwa, na hivyo hutoa ufanisi ambao ni karibu sana na ule wa mzunguko wa Carnot . Kutokana na joto lililofikia, ufanisi zaidi ya 60% unaweza kupatikana kwa makombora ya kemikali.

Kwa gari inayotumia injini ya rocket ufanisi wa juhudi ni nzuri sana ikiwa kasi ya gari inakaribia au kiasi fulani huzidi kasi ya kutolea nje (kuhusiana na kuzindua); lakini kwa kasi ya kasi ufanisi wa nishati unaendelea hadi kufikia 0% kwa kasi ya sifuri (kama vile uendeshaji wote wa ndege .) Angalia ufanisi wa nishati ya Rocket kwa maelezo zaidi.

Kutia-kwa-uzito uwiano

Miamba, ya injini zote za ndege, kwa kweli ya injini zote, zina maana kubwa zaidi ya uwiano wa uzito. Hii ni kweli hasa kwa injini za roketi za kioevu.

Utendaji huu wa juu ni kutokana na kiasi kidogo cha vyombo vya shinikizo ambavyo hufanya injini-pampu, mabomba na vyumba vya mwako. Ukosefu wa duct ya inlet na matumizi ya propellant kioevu kioevu inaruhusu mfumo wa pressurisation kuwa ndogo na nyepesi, wakati injini za kuendesha gari zinapaswa kushughulika na hewa ambayo ina wiani kuhusu mara elfu moja chini.

Jet au injini ya roketi Misa
(kilo)
Misa
(LB)
Tamaa
(kN)
Tamaa
(lbf)
Uwiano wa kupima-uzito
RD-0410 injini ya roketi ya nyuklia [9] [10] 2,000 4,400 35.2 7,900 1.8
J58 injini ya ndege ( SR-71 Blackbird ) [11] [12] 2,722 6,001 150 34,000 5.2
Rolls-Royce / Snecma Olympus 593
turbojet na reheat ( Concorde ) [13]
3,175 7,000 169.2 38,000 5.4
Pratt & Whitney F119 [14] 1,800 3,900 91 20,500 7.95
RD-0750 roketi injini, mode tatu propellant [15] 4,621 10,188 1,413 318,000 31.2
RD-0146 roketi ya injini [16] 260 570 98 22,000 38.4
Mfumo wa roketi ya SSME ( Shuttle ya nafasi ) [17] 3,177 7,004 2,278 512,000 73.1
RD-180 roketi injini [18] 5,393 11,890 4,152 933,000 78.5
Rangi ya roketi ya RD-170 9,750 21,500 7,887 1,773,000 82.5
F-1 ( Saturn V hatua ya kwanza) [19] 8,391 18,499 7,740.5 1,740,100 94.1
NK-33 injini ya roketi [20] 1,222 2,694 1,638 368,000 136.7
Merlin 1D roketi injini, full-thrust version [21] 467 1,030 825 185,000 180.1

Majambazi ya miamba ni utupu wa utupu isipokuwa kama ilivyoelezwa vinginevyo

Ya majani ya maji yaliyotumika, wiani ni mbaya kwa hidrojeni ya maji . Ingawa propellant hii ni ya ajabu kwa njia nyingi, ina wiani ndogo sana, karibu na kumi na nne ya maji. Hii inafanya turbopumps na pipework kubwa na nzito, na hii inaonekana katika uwiano wa kupigia-uzito wa injini ambao huitumia (kwa mfano SSME) ikilinganishwa na wale ambao hawana (NK-33).

Baridi

Kwa sababu za ufanisi, na kwa sababu wanaweza kimwili, makombora huendana na joto la mwako ambalo linaweza kufikia ~ 3,500 K (~ 3,200 ° C au ~ 5,800 ° F).

Wengi injini nyingine za ndege zina mitambo ya gesi katika kutolea moto. Kutokana na eneo lao kubwa la uso, ni vigumu kuzia na hivyo kuna haja ya kukimbia michakato ya mwako katika joto la chini sana, kupoteza ufanisi. Aidha, injini za duct hutumia hewa kama kioksidishaji, ambayo ina 78% kwa kiasi kikubwa nitrojeni isiyofaa, ambayo hupunguza majibu na hupunguza joto. [6] Miamba haijapata hasara hizi za asili.

Kwa hiyo, joto linatumiwa katika makombora mara nyingi sana kuliko kiwango cha kiwango cha mchanganyiko wa vifaa vya bomba na mwako (~ 1,200 K kwa shaba). Vipengele viwili ni grafiti na tungsteni , ingawa wote hutumiwa na oxidation kama sio salama. Kwa kweli, vifaa vingi vya ujenzi vinaweza kufanya propellants kikamilifu kukubalika kwao wenyewe. Ni muhimu kuwa vifaa hivi vimepunguzwe kutoka kuchanganya, kuyeyuka au kutengeneza maji kwa kiwango cha kushindwa. Hii wakati mwingine kwa kiasi kikubwa inajulikana kama "injini-tajiri kutolea nje". Teknolojia ya vifaa inaweza uwezekano wa kuweka kikomo cha juu juu ya joto la kutolea nje ya makombora ya kemikali.

Vinginevyo, makombora yanaweza kutumia vifaa vya kawaida vya ujenzi kama vile aluminium, chuma, nickel au aloi za shaba na kutumia mifumo ya baridi inayozuia vifaa vya ujenzi yenyewe kuwa moto sana. Baridi ya urejeshaji , ambapo propellant inapitishwa kupitia zilizopo karibu na chumba cha mwako au bomba, na mbinu nyingine, kama vile baridi ya baridi au baridi ya filamu, huajiriwa kutoa muda mrefu zaidi na maisha ya chumba. Mbinu hizi zinahakikisha kwamba safu ya mipaka ya mafuta ya joto inayoathiri nyenzo hiyo inahifadhiwa chini ya joto ambayo inaweza kusababisha nyenzo hiyo kushindwa kushindwa.

Katika makombora, joto linaloweza kupitisha ukuta ni kati ya uhandisi zaidi; fluxes kwa ujumla katika kiwango cha 1-200 MW / m 2 . Fluxes kali zaidi hupatikana kwenye koo, ambayo mara nyingi huona mara mbili zilizopatikana kwenye chumba cha kuhusishwa na buza. Hii ni kutokana na mchanganyiko wa kasi ya juu (ambayo inatoa safu nyembamba sana ya safu), na ingawa ni chini ya chumba, hali ya juu inaonekana huko. (Angalia mazao ya roketi juu kwa joto katika buza).

Katika makombora njia za baridi ni pamoja na:

  1. uncooled (kutumika kwa muda mfupi hasa wakati wa kupima)
  2. kuta za ablative (kuta zimewekwa na nyenzo ambazo zinaendelea kuvuliwa na kuchukuliwa mbali).
  3. baridi radiation (chumba inakuwa karibu nyeupe moto na huangaza joto mbali)
  4. kutupa baridi (propellant, kawaida hidrojeni , inapita karibu na chumba na kutupa)
  5. cooling regenerative ( makaburi ya kioevu hutumia mafuta, au mara kwa mara oxidiser, kuifungua chumba kupitia koti ya baridi kabla ya kuingizwa)
  6. vidonge baridi (sindano ya kinga hupangwa hivyo joto la gesi ni baridi kwenye kuta)
  7. baridi ya filamu (nyuso zimefunikwa na propellant ya kioevu, ambayo inazidi kama inaenea)

Katika hali zote, athari ya baridi inayozuia ukuta kutoka kwa kuangamizwa husababishwa na safu nyembamba ya maji ya kuhami ( safu ya mipaka ) inayohusiana na kuta ambazo ni baridi zaidi kuliko joto la mwako. Kutoa safu hii ya mipaka ni intact ukuta si kuharibiwa.

Uharibifu wa safu ya mipaka inaweza kutokea wakati wa kushindwa kwa baridi au kutokuwepo kwa mwako, na kushindwa kwa ukuta hutokea hivi karibuni.

Kwa baridi ya kuzaliwa upya safu ya pili ya mipaka hupatikana kwenye njia za baridi zinazozunguka chumba. Uwiano huu wa safu ya mipaka unahitaji kuwa mdogo iwezekanavyo, kwa kuwa safu ya mipaka hufanya kama sufuria kati ya ukuta na baridi. Hii inaweza kufanikiwa kwa kufanya kasi ya baridi katika njia kama juu iwezekanavyo.

Katika mazoezi, baridi ya kuzaliwa upya iko karibu kutumika mara kwa mara kwa kushirikiana na baridi ya baridi na / au filamu ya baridi.

Mara nyingi injini za mafuta yanayotokana na mafuta ya maji hutumia mafuta-tajiri , ambayo hupunguza joto la mwako. Hii inapunguza mizigo ya joto kwenye injini na inaruhusu vifaa vya gharama nafuu na mfumo rahisi wa baridi. Hii pia inaweza kuongeza utendaji kwa kupunguza uzito wa wastani wa Masi ya kutolea nje na kuongeza ufanisi ambayo joto la mwako hubadilishwa kwa nishati ya kutolea nje ya kinetic.

Masuala ya mitambo

Vyumba vya mwako vya mwamba hutumiwa kwa shinikizo la juu, kwa kawaida 10-200 bar (1 hadi 20 MPa, 150-3,000 psi). Ikiwa hutumiwa ndani ya shinikizo la anga la juu, shinikizo la chumba cha mwako la juu linatoa utendaji bora kwa kuruhusu pua kubwa na yenye ufanisi zaidi ikiwa imefungwa bila ya kutosha sana.

Hata hivyo, shinikizo hizi kubwa hufanya sehemu ya nje ya chumba iwe chini ya shinikizo kubwa la hoop - injini za roketi ni vyombo vya shinikizo .

Vile mbaya zaidi, kutokana na joto la juu linaloundwa katika injini za roketi vifaa vinazotumiwa huwa na nguvu kubwa ya kufanya kazi kwa nguvu.

Aidha, gradients muhimu ya joto huwekwa katika kuta za chumba na bomba, hizi husababisha upanuzi tofauti wa mshipa wa ndani ambao hufanya matatizo ya ndani .

Masuala ya kusisimua

Mazingira ya vibration na acoustic ya ndani ya motor rocket husababishwa na kilele kinachosababisha vizuri zaidi juu ya maadili ya maana, hasa mbele ya resonances ya bomba -kama vile turbulence ya gesi. [ citation inahitajika ]

Mwako instabilities

Mwako unaweza kuonyesha udhaifu usiofaa, wa asili ghafla au mara kwa mara. Shinikizo ndani ya chumba cha sindano inaweza kuongezeka mpaka mtiririko wa propellant kupitia sahani ya injector hupungua; muda mfupi baadaye shinikizo linateremka na ongezeko la mtiririko, injecting propellant zaidi katika chumba cha mwako kinachochoma baadaye, na tena huongeza shinikizo la chumba, kurudia mzunguko. Hii inaweza kusababisha kushinikiza shinikizo la juu-amplitude, mara nyingi katika upeo wa ultrasonic, ambayo inaweza kuharibu magari. Kufutwa kwa ± 200 psi kwa 25 kHz kulikuwa sababu ya kushindwa kwa matoleo mapema ya injini ya pili ya Titan II kombora. Hali nyingine ya kushindwa ni uharibifu wa mpito wa uharibifu ; wimbi la shinikizo la supersonic lililojengwa katika chumba cha mwako linaweza kuharibu injini. [22]

Kutokuwa na utulivu wa mwako pia ilikuwa tatizo wakati wa maendeleo ya Atlas . Mitambo ya Rocketdyne iliyotumiwa katika familia ya Atlas ilionekana kuwa inakabiliwa na athari hii katika vipimo kadhaa vya kukimbia tuli, na kuanza kwa misuli tatu kulipuka kwenye pedi kwa sababu ya mwako mkali katika injini za nyongeza. Katika hali nyingi, ilitokea wakati wa kujaribu kuanza injini kwa njia ya "kuanza kavu" ambayo utaratibu wa kupuuza utakuwa ulioamilishwa kabla ya sindano ya kutosha. Wakati wa utaratibu wa Atlas rating kwa Mradi wa Mercury , kutatua kutokuwa na mwako kwa mwako ulikuwa kipaumbele cha juu, na ndege za mwisho za Mercury zilipiga mfumo wa kupitisha kwa uboreshaji na injini zilizopunguka na kupuuza kwa damu.

Tatizo lililoathiri magari ya Atlas lilikuwa jambo linalojulikana kama "racetrack", ambako moto unaowaka ungezunguka kwenye mduara kwa kasi na kasi kasi, hatimaye huzalisha vibration nguvu ya kutosha kuvunja injini, na kusababisha uharibifu kamili wa roketi. Ilikuwa hatimaye kutatuliwa kwa kuongeza baffles kadhaa kuzunguka uso wa sindano ili kuvunja propellant ya swirling.

Zaidi zaidi, kutokuwa na utulivu wa mwako kulikuwa na tatizo na injini za Saturn F-1. Baadhi ya vitengo vya mapema vilijaribiwa vilipuka wakati wa kukimbia kwa static, ambayo ilisababisha kuongezewa kwa baffles ya injector.

Katika mpango wa nafasi ya Soviet, kutokuwa na utulivu wa mwako pia umeonekana tatizo kwenye injini za roketi, ikiwa ni pamoja na injini ya RD-107 iliyotumiwa katika familia ya R-7 na RD-216 iliyotumiwa katika familia ya R-14, na kushindwa kadhaa kwa magari hayo yalitokea kabla tatizo halijatatuliwa. Michakato ya uhandisi na utengenezaji wa Sovieti haijawahi kutatua kutokuwa na utulivu mwako katika injini kubwa RP-1 / LOX, hivyo injini ya RD-171 iliweza kuimarisha familia ya Zenit bado ilitumia vyumba vidogo vidogo vilivyotumiwa na utaratibu wa kawaida wa injini.

Taasisi za mwako zinaweza kuchochewa na mabaki ya kutengeneza vimumunyisho katika injini (kwa mfano jaribio la kwanza la uzinduzi wa Titan II mwaka wa 1962), lilionyesha mshtuko wa kushangaza, kutokuwa na utulivu wa awali baada ya moto, mlipuko karibu na bubu inayoonyesha ndani ya chumba cha mwako, na wengi sababu zaidi. Katika injini imara hujenga kufutwa kwa haraka kufutwa; katika miundo isiyojitegemea wanaendelea kwa muda mrefu. Vipandishi vya kushambulia hutumiwa kawaida.

Tofauti za mara kwa mara, zinazosababishwa na kutokuwa na utulivu wa mwako au vibrations vya muda mrefu wa miundo kati ya mizinga na injini ambazo zinazunguka mtiririko wa propellant, hujulikana kama " pogo oscillations " au "pogo", inayoitwa baada ya fimbo ya pogo .

Aina tatu za kutokuwepo kwa mwako hutokea:

chugging

Hii ni oscillation ya chini ya mzunguko katika Hertz chache katika shinikizo la chumba kwa kawaida husababishwa na tofauti ya shinikizo katika mistari ya malisho kutokana na tofauti katika kasi ya gari. Hii inaweza kusababisha kutofautiana kwa mzunguko, na athari inaweza kutofautiana na kuchochea tu kwa kuharibu malipo au gari. Chugging inaweza kupunguzwa kwa kutumia vijiko vilivyojaa kujaa gesi kwenye mistari ya malisho ya majani ya juu ya wiani.

buzzing

Hii inaweza kusababisha kutokana na kushuka kwa shinikizo la kutosha kwenye injini. Kwa ujumla ni hasira zaidi, badala ya kuharibu. Hata hivyo, katika hali mbaya sana mwako unaweza kuishia kulazimishwa kurudi kwa njia ya sindano - hii inaweza kusababisha mlipuko na watu wengi.

screeching

Hii ni mara moja kuharibu, na vigumu zaidi kudhibiti. Ni kutokana na acoustics ndani ya chumba cha mwako ambalo mara nyingi wanandoa kwenye michakato ya mwako wa kemikali ambayo ni madereva ya msingi ya kutolewa kwa nishati, na inaweza kusababisha kushindwa kwa nguvu ya "kutosha" ambayo kwa kawaida husababisha kushindwa kwa hatari kwa sababu ya kuponda mipaka ya mafuta ya kuhami safu. Ongezeko la kusisimua wanaweza kusisimua na taratibu za joto, kama vile mtiririko wa hewa ya moto kupitia bomba au mwako kwenye chumba. Hasa, mawimbi ya acoustic amesimama ndani ya chumba yanaweza kuongezeka ikiwa mwako hutokea kwa makali zaidi katika mikoa ambapo shinikizo la wimbi la acoustic ni kubwa. [23] [24] [25] [26] Athari hizo ni ngumu sana kutabiri kwa uchunguzi wakati wa mchakato wa kubuni, na hutumiwa mara kwa mara na kupima kwa gharama kubwa, muda na kupima, pamoja na hatua za kusahihisha marekebisho.

Kutafuta mara kwa mara hutumiwa na mabadiliko ya kina kwa sindano, au mabadiliko katika kemia inayotengeneza, au hutengenezea propellant kabla ya sindano, au matumizi ya dampers ya Helmholtz ndani ya vyumba vya kuchomwa moto ili kubadilisha njia za resonant za chumba.

Upimaji wa uwezekano wa kukata tamaa wakati mwingine hufanyika kwa kulipuka mashtaka madogo ya kulipuka nje ya chumba cha mwako na tube iliyowekwa tangentially kwenye chumba cha mwako karibu na injini ili kuamua majibu ya msukumo wa injini na kisha kutathmini majibu ya wakati wa shinikizo la chumba - kupona haraka inaonyesha mfumo thabiti.

Moshi kelele

Kwa wote lakini ukubwa mdogo sana, kutolea nje kwa roketi ikilinganishwa na injini nyingine kwa ujumla ni kelele sana. Kama mchanganyiko wa kutolea nje ya hypersonic na hewa iliyoko, mawimbi ya mshtuko hutengenezwa. Shuttle ya Nafasi huzalisha zaidi ya 200 dB (A) ya kelele karibu na msingi wake. Ili kupunguza hii, na hatari ya uharibifu wa malipo au uharibifu kwa wafanyakazi walio kwenye stack, Jukwaa Launcher la Mkono limeunganishwa na Mfumo wa Upunguzaji wa sauti ambao ulichagua lita 1,100,000 za maji karibu na msingi wa roketi katika sekunde 41 wakati wa uzinduzi. Kutumia mfumo huu uliendelea na viwango vya sauti ndani ya baiskeli ya malipo kwa 142 dB [27]

Upeo wa sauti kutoka kwa mawimbi ya mshtuko yanayotokana hutegemea ukubwa wa roketi na kasi ya kutolea nje. Mawimbi hayo yanayoshangaza yanaonekana kuzingatia sauti za kupigana na sauti zinazozalishwa na injini kubwa za roketi wakati inasikia kuishi. Vipande vya kelele hizi huzidi kupakua simu za mkononi na sauti za umeme, na hivyo kwa ujumla hupunguzwa au haipo kabisa katika kumbukumbu za redio au za kutangaza. Kwa makombora makubwa karibu, madhara ya acoustic inaweza kweli kuua. [28]

Zaidi ya wasiwasi kwa mashirika ya nafasi, viwango vya sauti vile vinaweza pia kuharibu mfumo wa uzinduzi, au mbaya zaidi, kuonekana nyuma kwenye roketi ya maridadi hapo juu. Hii ndiyo sababu maji mengi hutumiwa katika uzinduzi. Mchafu wa maji hubadilisha sifa za acoustic za hewa na hupunguza au hupunguza nishati ya sauti mbali na roketi.

Kwa ujumla, kelele ni kali sana wakati roketi iko karibu na ardhi, kwa sababu kelele kutoka kwa injini zinasimama mbali na ndege, pamoja na kutafakari. Pia, wakati gari linakwenda polepole, kidogo cha pembejeo la nishati ya kemikali kwa injini kinaweza kuongezeka kwa nishati ya kinetic ya roketi (kwani nguvu muhimu P hupeleka kwa gari ni kwa kuingiza F na kasi V ). Kisha sehemu kubwa zaidi ya nishati imekwishwa katika mwingiliano wa kutolea nje na hewa ya hewa, ikitoa kelele. Kelele hii inaweza kupunguzwa kwa kiasi fulani na mizinga ya moto na paa, kwa sindano ya maji karibu na ndege na kwa kupuuza ndege kwa pembe.

Upimaji

Injini za roketi zinajaribiwa kwa kasi katika kituo cha mtihani kabla ya kuweka katika uzalishaji. Kwa injini za juu za juu, pua ya muda mfupi inapaswa kutumika, au roketi inapaswa kupimwa katika chumba kikubwa cha utupu.

Usalama

Magari ya roketi yana sifa ya kutokuwa na uhakika na hatari; hasa kushindwa kwa janga. Kinyume na sifa hii, makombora yaliyotengenezwa kwa makini yanaweza kufanywa kwa hakika kuaminika. [ citation inahitajika ] Katika matumizi ya kijeshi, makombora hayatumiki. Hata hivyo, moja ya matumizi yasiyo ya kijeshi ya makombora ni kwa uzinduzi wa orbital. Katika programu hii, malipo ya kawaida imewekwa kwenye uzito mdogo, na ni vigumu kufikia uaminifu wa juu na uzito wa chini wakati huo huo. Kwa kuongeza, kama idadi ya ndege ilizinduliwa ni ndogo, kuna nafasi kubwa sana ya kubuni, kazi au uharibifu wa viwanda unaosababisha uharibifu wa gari. [ citation inahitajika ] Hasa magari yote ya uzinduzi ni magari ya mtihani kwa viwango vya kawaida vya aerospace (kama ya 2016 ). [ utafiti wa awali? ]

Familia ya Saturn (1961-1975)

Mchezaji wa Rocketdyne H-1 , uliotumiwa katika nguzo ya nane katika hatua ya kwanza ya magari ya uzinduzi wa Saturn I na Saturn IB , hakuwa na kushindwa kwa maafa katika ndege za injini 152. Injini ya Pratt na Whitney RL10 , iliyotumika katika nguzo ya sita katika hatua ya pili ya Saturn I, hakuwa na kushindwa kwa maafa katika ndege 36 za injini. Injini ya Rocketdyne F-1 , iliyotumika katika nguzo ya tano katika hatua ya kwanza ya Saturn V , haikuwa na kushindwa katika ndege 65 za injini. Injini ya Rocketdyne J-2 , iliyotumiwa katika nguzo ya tano katika hatua ya pili ya Saturn V, na kwa pekee katika hatua ya pili ya Saturn IB na hatua ya tatu ya Saturn V, hakuwa na kushindwa kwa maafa katika ndege 86 za injini. [29]

Shuttle ya nafasi (1981-2011)

Nguvu ya Upelelezi wa Mipaka ya Upelelezi , ambayo imetumiwa kwa jozi, imesababisha kushindwa kwa janga moja katika ndege 270 za ndege.

Injini kuu ya Kuepuka Nafasi , iliyotumiwa katika nguzo ya tatu, ilipuka katika vitengo 46 vya injini za kurejeshwa. Hizi zilifanya jumla ya ndege 405 za injini bila kushindwa kwa kukimbia kwa kukimbia. Moja katika ndege SSME kushindwa kutokea wakati Space Shuttle Challenger wa STS-51-F ujumbe, [30] na kusababisha 99.95% ya kiwango cha kuaminika. [31] Kushindwa huku hakukuwa na athari kwa malengo ya utume au muda. [32]

Kemia

Vipande vya roketi vinahitaji nishati maalum (nishati kwa wingi wa kitengo), kwa sababu nishati yote ya majibu inaonekana kama nishati ya kinetic ya gesi za kutolea nje, na kutolea kasi kasi ni moja ya muhimu ya utendaji parameter ya injini, ambayo gari utendaji inategemea.

Mbali na kupoteza kwa kutosha na kutofaulu katika injini, mwako usio kamili, nk, baada ya nishati maalum ya majibu, kiwango kikubwa cha kinadharia kinachopunguza kasi ya kutolea nje ni kwamba, kwa mujibu wa sheria za thermodynamics, sehemu ya nishati ya kemikali inaweza kuingia ya molekuli ya kutolea nje, ambapo haipatikani kwa kuzalisha. Gesi za monatomic kama heliamu zina daraja tatu tu za uhuru, zinazohusiana na vipimo vitatu vya nafasi, { x, y, z }, na molekuli tu za sambamba za kutofautiana hupoteza aina hii ya kupoteza. Molekuli ya diatomu kama H 2 inaweza kugeuka juu ya mojawapo ya axes mbili perpendicular kwa moja kujiunga na atomi mbili, na kama sheria equipartition ya mitambo mechanics inataka nishati ya joto inapatikana kugawanywa sawa kati ya digrii ya uhuru, kwa gesi hiyo katika usawa wa mafuta 3/5 ya nishati unaweza kuingia mwendo unidirectional, na 2/5 katika mzunguko (kwa kweli, vibration ya molekuli haipaswi kupuuzwa, angalia uwezo wa joto la gesi ). Molekuli ya triatomic kama maji ina daraja sita za uhuru, hivyo nishati imegawanywa kwa usawa miongoni mwa digrii za uhuru na za kutafsiri. Kwa athari nyingi za kemikali hali ya mwisho ni kesi. Suala hili linaelezewa kwa kawaida kwa suala la uwiano, gamma, ya joto maalum la gesi kwa kiasi cha mara kwa mara na kwa shinikizo la mara kwa mara. Kupoteza nishati ya mzunguko kwa kiasi kikubwa hupatikana katika mazoezi ikiwa pua ya upanuzi ni kubwa ya kutosha kuruhusu gesi kupanua na kupumua kwa kutosha, kazi ya bubu kuwa kubadilisha mizunguko ya joto ya random ya molekuli kwenye chumba cha mwako kwenye tafsiri ya unidirectional ambayo inazalisha. Kwa muda mrefu kama gesi ya kutolea nje inabakia katika usawa kama inavyopanua, nishati ya awali ya mzunguko itakuwa kurejea kwa kutafsiri kwenye bubu.

Ingawa nishati maalum ya mmenyuko kwa kitengo cha molekuli ya majibu ni muhimu, chini ya maana uzito Masi katika bidhaa za majibu pia ni muhimu katika mazoezi katika kuamua kasi ya kutolea nje. Hii ni kwa sababu joto la juu la gesi katika injini za roketi husababisha matatizo makubwa kwa uhandisi wa motors zinazoweza kuishi. Kwa sababu joto ni sawa na nishati ya maana kwa molekuli , kiasi fulani cha nishati kilisambazwa kati ya molekuli zaidi ya chini ya vibali vibali kasi ya kutolea nje kwa joto fulani. Hii inamaanisha mambo ya chini ya atomiki yaliyopendekezwa. Maji ya hidrojeni (LH2) na oksijeni (LOX, au LO2), ni mazao yenye ufanisi zaidi kwa kasi ya kutolea nje ambayo yamekuwa ya kutumika kwa sasa, ingawa michanganyiko machache isiyo ya kawaida inayohusisha boron au ozoni ya kioevu inaweza uwezekano mkubwa zaidi katika nadharia ikiwa mbalimbali matatizo ya vitendo yanaweza kutatuliwa. [33]

Ni muhimu kutambua katika kompyuta ya nishati ya majibu maalum, kwamba molekuli mzima wa propellants, ikiwa ni pamoja na mafuta na oxidiser , lazima iwe pamoja. Ukweli kwamba injini za kupumua hewa zina uwezo wa kupata oksijeni "kwa bure" bila ya kubeba pamoja, kwa sababu ya sababu moja ya kwa nini injini za hewa zinazopumua ni nyingi sana zinazozalisha nguvu, na sababu moja ambayo injini za roketi ni si chini ya kufaa kwa maombi ya kawaida ya ardhi. Mafuta kwa injini ya gari au turbojet , kutumia oksijeni ya anga na hivyo kuwa na pato la nishati bora zaidi kwa kitengo cha molekuli kinachotakiwa kufanyika, lakini ni sawa kwa kitengo cha wingi wa mafuta.

Mipango ya kompyuta ambayo inatabiri utendaji wa propellants katika injini za roketi zinapatikana. [34] [35] [36]

Mwongozo

Kwa makombora ya kioevu na ya mseto, moto wa haraka wa pembezio wanapoingia kwanza chumba cha mwako ni muhimu.

Kwa majani ya kioevu (lakini si gesi), kushindwa kupuuza ndani ya milliseconds kwa kawaida husababisha propellant sana ya kioevu kuwa ndani ya chumba, na ikiwa / wakati moto unatokea kiasi cha gesi ya moto imeundwa inaweza kuzidi shinikizo la kubuni la juu la chumba, na kusababisha kushindwa kwa hatari ya chombo cha shinikizo. Hii mara nyingine huitwa kuanza kwa bidii au disassembly isiyohamishika kwa haraka (RUD). [37]

Mwongozo unaweza kupatikana kwa njia mbalimbali; malipo ya pyrotechnic yanaweza kutumika, tochi ya plasma inaweza kutumika, [ kutafakari inahitajika ] au umeme kupenyeza [38] inaweza kutumika. Mchanganyiko fulani wa mafuta / oksididi ya moto husababisha kuwasiliana ( haijulikani ), na mafuta yasiyo ya kawaida yanaweza "kupuuzwa kwa kemikali" kwa kupendeza mistari ya mafuta na propellants ya hypergolic (maarufu katika injini za Kirusi).

Mazao ya gaseous kwa ujumla hayatakuwa na ngumu kuanza , na makombora eneo la jumla la sindano ni chini ya koo hivyo shinikizo la chumba huelekea mbele kabla ya moto na shinikizo la juu haliwezi kuunda hata kama chumba kote kinajaa gesi inayowaka.

Vipande vya kawaida hupikwa kwa vifaa vya pyrotechnic moja. [6]

Mara baada ya kupuuzwa, vyumba vya roketi ni kujitegemea na kuwasha moto hauhitajiki. Kwa kweli, vyumba mara nyingi vinatawala wakati wa kuanza tena baada ya kufungwa kwa sekunde chache. Hata hivyo, wakati kilichopozwa, makombora mengi hayawezi kuundwa upya bila angalau matengenezo madogo, kama vile uingizaji wa kupuuza pyrotechnic. [6]

Jet fizikia

Gari ya gari la ndege ya Armadillo inayoonyesha banding inayoonekana (mshtuko wa almasi) katika Jet ya kutolea nje

Jetti ya roketi inatofautiana kulingana na injini ya roketi, urefu wa kubuni, urefu, nia na mambo mengine.

Mafuta ya kaboni yamejaa mafuta ya mafuta ya mafuta kwa kawaida huwa rangi ya rangi ya machungwa kwa sababu ya mionzi ya mwili nyeusi ya chembe za unburnt, pamoja na bendi za bluu za Swan . Peroksidi oxidizer makao roketi na hidrojeni roketi jets vyenye kiasi kikubwa mvuke na ni karibu kuonekana kwa macho lakini kung'aa katika ultraviolet na infrared . Jets kutoka makombora yenye nguvu yanaweza kuonekana sana kama propellant mara nyingi ina metali kama vile alumini ya msingi inayowaka na moto wa machungwa-nyeupe na inaongeza nishati kwa mchakato wa mwako.

Baadhi ya vidonge, hasa pombe hutengeneza makombora, wanaweza kuonyesha almasi inayoonekana ya mshtuko . Hizi ni kwa sababu ya tofauti za mzunguko wa shinikizo la ndege kuhusiana na mawimbi ya mshtuko wa mazingira ambayo huunda 'Mash disks'.

Joto la ndege linatofautiana na ukubwa wa kubuni, katika urefu wa juu kila makombora hupunguzwa sana, na asilimia ndogo kabisa ya gesi za kutolea nje huchukua hatua ya kupanua mbele.

Aina ya injini za roketi

Kimwili powered

Weka Maelezo Faida Hasara
roketi ya maji Vipande vya vinywaji vya kaboni vilivyojaa mchanganyiko kwa mkia na uzito wa pua Rahisi sana kujenga Urefu wa kawaida ni mdogo kwa miguu mia chache au hivyo ( rekodi ya dunia ni mita 623 / 2,044 miguu)
baridi gesi thruster Fomu isiyo ya kuchanganya, iliyotumiwa kwa vituni vya vernier Haizidhuru kutolea nje Utendaji wa chini sana

Kemikali powered

Weka Maelezo Faida Hasara
Roketi imara Kuepuuza, kujitegemea mchanganyiko wa mafuta / oxidiser imara ("nafaka") na shimo kuu na bomba Rahisi, mara nyingi hakuna sehemu zinazohamia , sehemu nzuri ya misafa nzuri, busara mimi sp . Ratiba ya kupigia inaweza kuundwa ndani ya nafaka. Kusitisha, kuchoma kukomesha, na utawala unahitaji miundo maalum. Kushughulikia masuala kutoka mchanganyiko usiofaa. Utendaji wa chini kuliko makombora ya kioevu. Ikiwa nafaka inapoteza inaweza kuzuia bomba na matokeo mabaya. Mifuko ya nafaka huwaka na kupanua wakati wa kuchoma. Refueling vigumu kuliko tu kujaza mizinga.
Roketi ya mseto Toa oxidiser / mafuta; kawaida oxidiser ni kioevu na kuwekwa katika tank na mafuta ni imara. Rahisi rahisi, mafuta imara ni inert hasa bila oxidiser, salama; nyufa hazizidi kuongezeka, kupungua na rahisi kuzimisha. Baadhi ya vioksidishaji ni monopropellants, wanaweza kulipuka kwao wenyewe; kushindwa kwa mitambo ya propellant imara inaweza kuzuia bomba (chache sana na propellant rubberised), shimo kuu huongezeka juu ya kuchoma na kuathiri vibaya uchanganyiko wa mchanganyiko.
Roketi ya monopropellant Propellant (kama hydrazine, peroxide ya hidrojeni au oksidi ya nitrous) inapita juu ya kichocheo na uharibifu mkubwa; gesi za moto hutolewa kupitia bomba. Rahisi katika dhana, baridi, joto la chini katika chumba cha mwako vichocheo inaweza kwa urahisi zilizosibikwa, monopropellants unaweza kulipua kuingiwa au hasira, mimi sp labda 1/3 ya vinywaji bora
Roketi ya Bipropellant Vipengele viwili vya maji (kwa kawaida kioevu) vinaletwa kupitia sindano ndani ya chumba cha mwako na kuteketezwa Hadi hadi ~ 99% mwako unaofaa na udhibiti bora wa mchanganyiko, unaoweza kuumwa, unaweza kutumika na turbopumps ambayo inaruhusu mizinga mikubwa isiyo na uzito, inaweza kuwa salama na huduma kali Pampu zinazohitajika kwa utendaji wa juu ni ghali kuunda, kubwa ya mafuta hutoka katika ukuta wa chumba mwako inaweza kuathiri matumizi tena, njia za kushindwa zinajumuisha mlipuko mkubwa, mengi ya mabomba inahitajika.
Mwamba roketi ya mara mbili Rocket inachukua kama roketi ya bipropellant, kisha inarudi kutumia propellant moja tu kama monopropellant Urahisi na urahisi wa udhibiti Utendaji wa chini kuliko bipropellants
Roketi ya maajabu Majina matatu tofauti (kwa kawaida hidrojeni, hidrojenika na oksijeni ya kioevu) huletwa kwenye chumba cha mwako katika uwiano wa mchanganyiko wa kutofautiana, au injini nyingi zinatumiwa na uwiano wa mchanganyiko wa propellant uliowekwa na kuumwa au kufungwa Inapunguza uzito wa kuondoa, kwani hidrojeni ni nyepesi; inachanganya mema kuingizwa kwa uzito na wastani wa juu mimi sp , inaboresha malipo ya malipo ya uzinduzi kutoka duniani kwa asilimia kubwa Masuala kama hayo kwa bipropellant, lakini kwa mabomba zaidi, utafiti zaidi na maendeleo
Rocket iliyoongeza zaidi ya hewa Kimsingi ramjet ambapo hewa ya ulaji imekandamizwa na kuteketezwa na kutolea nje kutoka kwenye roketi Mach 0 kwa Mach 4.5+ (inaweza pia kukimbia exoatmospheric), ufanisi mzuri katika Mach 2 hadi 4 Ufanisi sawa kwa makombora kwa kasi ya chini au hali ya nje ya mazingira, shida za kuingia, aina isiyo na maendeleo na isiyojulikana, shida za baridi, pigo la kupiga kelele / la uzito ni sawa na ramjets.
Turborocket Mchanganyiko wa turbojet / roketi ya mzunguko ambapo oxidiser ya ziada kama vile oksijeni huongezwa kwenye airstream ili kuongeza ukubwa wa juu Inakaribia sana na miundo iliyopo, inafanya kazi katika urefu wa juu sana, upana wa urefu na hewa Upepo wa anga ulipungua kwa kiwango kama hicho kama injini ya turbojet, kubeba oxidiser kama LOX inaweza kuwa hatari. Wengi nzito kuliko makombora rahisi.
Jedwali la ndege iliyokatwa / LACE (mzunguko pamoja na roketi) Upepo hewa huhifadhiwa kwa joto la chini sana kabla ya kupitisha injini ya ramjet au turbojet. Inaweza kuunganishwa na injini ya roketi kwa kuingizwa kwa orbital. Inapimwa kwa urahisi kwenye ardhi. Uwezo mkubwa / uwiano unawezekana (~ 14) pamoja na ufanisi mzuri wa mafuta juu ya hewa mbalimbali, mach. 0-5.5 +; hii mchanganyiko wa ufanisi inaweza kuruhusu uzinduzi kwa obiti, hatua moja, au kusafiri haraka sana ya kimataifa. Hukopo tu kwenye hatua ya maabara ya prototyping. Mifano ni pamoja na RB545 , SABRE , ATREX

Umeme powered

Weka Maelezo Faida Hasara
Roketi ya Resistojet (inapokanzwa umeme) Monopropellant ni umeme kwa moto na filament kwa utendaji wa ziada Juu I sp ya monopropellant peke yake, juu ya 40% ya juu. Inatumia nguvu nyingi na hivyo hutoa kawaida chini
Rocket rocket (kemikali inayowaka inayoungwa mkono na kutokwa kwa umeme) Sawa na resistojet katika dhana lakini kwa inert propellant, isipokuwa arc ni kutumika ambayo inaruhusu joto la juu Sekunde 1,600 mimi sp Kusudi la chini sana na nguvu za juu, utendaji ni sawa na gari la Ion .
Pulsed thruster ( plastiki inapokanzwa, hutoa plasma) Plasma hutumiwa kupoteza propellant imara High I sp , inaweza pulsed juu na mbali kwa ajili ya kudhibiti tabia Ufanisi mdogo wa nguvu
Mchoro maalum wa msukumo magnetoplasma Microwave ya joto ya plasma yenye koo / pua ya magnetic Tofauti I sp kutoka sekunde 1,000 hadi sekunde 10,000 uwiano sawa / uzito sawa na uendeshaji wa ion (mbaya zaidi), masuala ya joto, kama vile ion inavyotaka mahitaji ya juu sana ya nguvu kwa sababu kubwa, inahitaji mahitaji ya juu ya nyuklia, haujazidi, inahitaji joto la chini kwa wakuu wa superconductors kufanya kazi

joto

Tayari

Weka Maelezo Faida Hasara
roketi ya maji ya moto Maji ya moto huhifadhiwa katika tank kwenye joto la juu / shinikizo na hugeuka kwa mvuke katika buza Rahisi, salama salama, chini ya sekunde 200 Isp Utendaji wa chini kwa sababu ya tank nzito

Solar mafuta

Roketi ya mafuta ya jua ingeweza kutumia nguvu ya jua kwa molekuli moja kwa moja ya mmenyuko wa joto, na kwa hiyo hauhitaji jenereta ya umeme kama aina nyingine nyingi za propulsion ya nishati ya jua. Roketi ya jua ya mafuta ya jua inapaswa tu kubeba njia za kukamata nishati ya jua, kama vile concentrators na vioo . Mafuta ya moto hutumiwa kupitia bunduki ya kawaida ya roketi ili kuzalisha. Injini inayohusishwa ni moja kwa moja kuhusiana na eneo la uso la mtozaji wa jua na kwa kiwango cha ndani cha mionzi ya jua na inalinganishwa na I sp .

Weka Maelezo Faida Hasara
Roketi ya mafuta ya jua Propellant ni moto na mtozaji wa jua Design rahisi. Kutumia propellant ya hidrojeni, sekunde 900 za I sp ni sawa na roketi ya nyuklia ya nyuklia, bila matatizo na utata wa kusimamia majibu ya fission. [ citation inahitajika ]

Uwezo wa matumizi ya taka ya hidrojeni ya gesi - au kuepukika kutokana na uhifadhi wa hidrojeni ya muda mrefu ya kioevu katika eneo la joto la joto la nafasi-kwa ajili ya kusimamia kituo cha mitambo au udhibiti wa tabia . [39]

Ni muhimu tu mara moja katika nafasi, kama inavyopigwa ni ya chini, lakini hidrojeni haijafikiriwa kwa kawaida kuwa kuhifadhiwa kwa urahisi katika nafasi, [39] vinginevyo chini / chini mimi sp kama majani ya juu-molekuli-molekuli hutumiwa. Kutumia propellants ya juu-Masi-uzito, kwa mfano maji, hupunguza utendaji.

Mwale mafuta

Weka Maelezo Faida Hasara
roketi nyekundu yenye nguvu Propellant ni joto na boriti mwanga (mara nyingi laser) lengo la gari kutoka umbali, ama moja kwa moja au kwa njia ya nje ya joto exchanger Rahisi kwa kanuni, kanuni ya kasi ya kutolea nje inaweza kupatikana ~ MW 1 ya nguvu kwa kila kilo cha malipo ya kulipia inahitajika ili kufikia obiti, kasi ya juu sana, lasers zimezuiwa na mawingu, ukungu, kutafakari mwanga wa laser inaweza kuwa hatari, kwa kiasi kikubwa inahitaji hidrojeni monopropellant kwa utendaji mzuri ambao unahitaji tankage nzito, baadhi ya miundo ni imepungua kwa sekunde ~ 600 kutokana na reemission ya mwanga tangu mchanganyiko wa joto / joto anapata nyeupe
roketi ya microwave yenye nguvu Propellant ni moto na boriti microwave yenye lengo la gari kutoka umbali I sp ni sawa na roketi ya Thermal Nuclear pamoja na T / W sawa na rocket kawaida. Wakati LH 2 propellant inatoa juu mimi sp na roketi payload sehemu, amonia au methane ni kiuchumi bora kwa roketi dunia-to-obiti kutokana na mchanganyiko wao maalum ya wiani ya juu na mimi sp. Uendeshaji wa SSTO inawezekana kwa majambazi haya hata kwa makombora madogo, kwa hiyo hakuna eneo, trajectory na mshtuko wa vikwazo ulioongezwa na mchakato wa stereo ya roketi. Microwaves ni 10x-100x nafuu zaidi ya $ / Watt kuliko lasers na hufanya kazi ya hali ya hewa wakati wote chini ya GHz 10. Nguvu ya MW 0.3-3 kwa kilo cha malipo ya kulipia inahitajika ili kufikia obiti kulingana na propellant, [40] na hii inaingiza gharama za miundombinu kwa mkurugenzi wa boriti pamoja na gharama zinazohusiana na R & D. Dhana zinazofanya kazi katika mkoa wa wimbi la millimeter zinapaswa kukabiliana na upatikanaji wa hali ya hewa na maeneo ya mkurugenzi wa urefu wa urefu na pia vipenyo vya upepo vinavyoweza kupima mita 30-300 ili kuendesha gari kwa LEO. Dhana zinazofanya kazi kwenye bandari ya X au hapa chini lazima ziwe na vipenyo vya ufanisi vya kupitisha kipimo katika kilomita kufikia boriti nzuri ya kutosha kufuata gari kwa LEO. Wahamisho ni kubwa mno kupatana na majukwaa ya simu na hivyo makaburi ya microwave-powered yanakabiliwa kuzindua karibu na maeneo ya mkurugenzi wa bomba.

Nuclear mafuta

Weka Maelezo Faida Hasara
Roketi ya Radioisotope / "Poodle thruster" (nishati ya kuoza mionzi) Joto kutokana na uharibifu wa mionzi hutumiwa kutisha hidrojeni kuhusu sekunde 700-800, karibu hakuna sehemu zinazohamia Uwiano wa chini / uzito.
Roketi ya nyuklia ya mafuta (nyuklia ya fission nishati) propellant (kawaida hidrojeni) hupitishwa kwa njia ya nyuklia ya nyuklia kwa joto kwa joto la juu I sp inaweza kuwa juu, labda sekunde 900 au zaidi, juu ya umoja kuenea / uzito uwiano na miundo fulani Upeo wa joto ni mdogo kwa teknolojia ya vifaa, baadhi ya chembe za mionzi zinaweza kutolewa katika miundo fulani, shielding ya nyuklia ni nzito, haipaswi kuruhusiwa kutoka kwenye uso wa Dunia, uwiano / uzito wa uwiano sio juu.

Nyuklia

Vipulishi vya nyuklia vinajumuisha njia mbalimbali za kupitisha ambazo zinatumia aina fulani ya majibu ya nyuklia kama chanzo chao cha nguvu cha msingi. Aina mbalimbali za propulsion ya nyuklia zimependekezwa, na baadhi yao hujaribiwa, kwa ajili ya maombi ya ndege:

Weka Maelezo Faida Hasara
Gesi ya msingi ya reactor rocket (nyuklia fission nishati) Menyu ya nyuklia kwa kutumia gesi ya fission reactor katika mawasiliano ya karibu na propellant Kioevu chenye moto sana, sio mdogo kwa kuweka imara ya reactor, mimi hupiga kati ya sekunde 1,500 na 3,000 lakini kwa kuzingatia sana Vigumu katika inapokanzwa propellant bila kupoteza fissionables katika kutolea nje, masuala makubwa ya mafuta hasa kwa mkoa wa bubu / koo, kutolea nje ya mionzi yenye nguvu sana. Nuclear lightbulb variants inaweza vyenye fissionables, lakini kukata I sp katika nusu.
Roketi ya fission-fragment (nyuklia fission nishati) Bidhaa za kufuta hutoka moja kwa moja ili kutoa Nadharia tu katika hatua hii.
Fission meli (nyuklia fission nishati) Vifaa vya meli vimevazwa na nyenzo za kutumiwa kwa upande mmoja Hakuna sehemu za kusonga, zinafanya kazi katika nafasi ya kina Nadharia tu katika hatua hii.
Nyuklia ya maji ya chumvi (nyuklia ya fission nishati) Chumvi za nyuklia hufanyika katika suluhisho, husababishwa kuitikia pua Urefu sana mimi sp , juu sana juu Masuala ya joto katika bomba, propellant inaweza kuwa imara, sana mionzi kutolea nje. Nadharia tu katika hatua hii.
Pulsa ya nyuklia (exploding bombs fission / fusion) Mabomu ya nyuklia yaliyotengenezwa yanaharibiwa nyuma ya gari na mlipuko hupatwa na 'safu ya pusher' Urefu sana mimi sp , uwiano mkubwa / uzito wa juu, hakuna vituo vinavyojulikana vinajulikana kwa teknolojia hii Kamwe hajajaribiwa, safu ya pusher inaweza kutupa vipande kutokana na mshtuko, ukubwa mdogo wa mabomu ya nyuklia bado ni kubwa sana, gharama kubwa kwa viwango vidogo, masuala ya mkataba wa nyuklia, kuanguka wakati unatumika chini ya magnetosphere ya Dunia.
Antimatter kichocheo cha nishati ya nyuklia propulsion (fission na / au nishati fusion) Pulsa ya nyuklia na mchanganyiko wa antimatter kwa mabomu madogo Gari ndogo ndogo inaweza iwezekanavyo Upatikanaji wa antimatter, uzalishaji wa antimatter katika kiasi cha macroscopic haifai sasa. Nadharia tu katika hatua hii.
Roketi ya fusion (nyuklia fusion nishati) Fusion hutumiwa kutisha propellant Upepo mkubwa sana wa kutolea nje Kina zaidi ya hali ya sasa ya sanaa.
Roketi ya Antimatter (nishati ya kuangamiza) Uharibifu wa Antimatter hupunguza propellant Nguvu sana, high upotofu kinadharia kutolea nje kasi Matatizo na uzalishaji wa antimatter na utunzaji; hasara ya nishati katika neutrinos , rashi ya gamma , muons ; masuala ya joto. Nadharia tu katika hatua hii

Historia ya injini za roketi

Kulingana na maandishi ya Aulus Gellius wa Kirumi, katika c. 400 KK, Pythagorean ya Kigiriki aitwaye Archytas , aliimarisha ndege ya mbao pamoja na waya kwa kutumia mvuke. [41] Hata hivyo, haionekani kuwa na uwezo wa kutosha kuchukua chini ya mwelekeo wake.

The aeolipile ilivyoelezwa katika karne ya kwanza BC (mara nyingi inajulikana kama injini ya Hero ) kimsingi lina roketi ya mvuke juu ya kuzaa . Iliundwa karibu miaka miwili kabla ya Mapinduzi ya Viwanda lakini kanuni za nyuma haikueleweka vizuri, na uwezo wake kamili haukutolewa kwa milenia.

Upatikanaji wa poda nyeusi kupitisha projectiles ulikuwa kizuizi kwa maendeleo ya roketi ya kwanza imara. Tisa Century Kichina Taoist alchemists aligundua poda mweusi katika kutafuta elixir ya maisha , ugunduzi huu wa ajali ulipelekea mishale ya moto ambayo ilikuwa injini ya kwanza ya roketi ili kuondoka.

Inasemekana kwamba "majeshi ya nguvu ya moto yalikuwa hayatumikiwi kwa kupandisha projectile kabla ya karne ya 13". Kiwango cha kugeuka kwenye teknolojia ya roketi kilijitokeza na maandishi mafupi yenye jina la Liber Ignium ad Comburendos Hostes ( iliyofasiriwa kama The Book of Fires ). Kitabu hiki kinajumuisha mapishi kwa ajili ya kujenga silaha za moto kutoka katikati ya nane mpaka mwisho wa karne ya kumi na tatu-mbili kati yake ni makombora. Kichocheo cha kwanza kinasema sehemu moja ya colophoniamu na sulfuri imeongezwa kwa sehemu sita za chumvi (nitasi ya potassiamu) iliyokatwa kwenye mafuta ya laureli, kisha kuingizwa ndani ya kuni mashimo na kutazama "kuruka ghafla mahali popote unavyotaka na kuchoma kila kitu". Kichocheo cha pili kinachanganya pound moja ya sulfuri, paundi mbili za mkaa, na paundi sita za chumvi-vyote vyema poda kwenye slab ya marumaru. Mchanganyiko huu wa poda umejaa imara katika kesi ndefu na nyembamba. Kuanzishwa kwa chumvi kwenye mchanganyiko wa pyrotechnic kushikamana na kuhamishwa kutoka kwenye moto wa Kigiriki kwenye roketi yenyewe yenyewe. . [42]

Makala na vitabu juu ya swala la roketi zilionekana kuongezeka kutoka kwa kumi na tano kupitia karne ya kumi na saba. Katika karne ya kumi na sita, mhandisi wa kijeshi wa Ujerumani Conrad Haas (1509-1576) aliandika hati ambayo ilianzisha ujenzi wa makombora mengi. [43]

Mitambo ya roketi pia ilitumiwa na Tippu Sultan , mfalme wa Mysore. Makombora haya yanaweza kuwa ya ukubwa tofauti, lakini kwa kawaida ilikuwa na tube ya chuma laini iliyochapwa kuhusu 8 katika urefu wa 20 cm na 1 1/2 -3 katika (3.8-7.6 cm) mduara, kufungwa upande mmoja na amefungiwa shimoni ya mianzi na 4 ft (120 cm) muda mrefu. Bomba la chuma lilifanya kazi kama chumba cha mwako na lilikuwa na poda iliyojaa poda yenye rangi nyeusi. Roketi yenye kubeba pound moja ya poda inaweza kusafiri karibu yadi ya kilomita 910. 'Makombora' haya, yanayotumiwa na mapanga yaliyotembea umbali mrefu, mita kadhaa juu ya hewa kabla ya kuja chini na mipaka ya mapanga inakabiliwa na adui. Makombora haya yalitumika dhidi ya utawala wa Uingereza kwa ufanisi sana.

Upungufu wa maendeleo ya teknolojia hii iliendelea hadi karne ya 19 baadaye, wakati Kirusi Konstantin Tsiolkovsky aliandika kwanza kuhusu injini za roketi zilizotolewa na maji . Alikuwa wa kwanza kuendeleza usawa wa roketi wa Tsiolkovsky , ingawa haukuchapishwa sana kwa miaka kadhaa.

Mitambo ya kisasa imara na kioevu iliyotokana na maji yalianza kuwa mapema katika karne ya 20, shukrani kwa mwanafizikia wa Marekani Robert Goddard . Goddard alikuwa wa kwanza kutumia bomba la De Laval kwenye injini ya roketi ya imara-nguvu (punda), mara mbili na kuongezeka kwa ufanisi kwa sababu ya ishirini na tano. Hii ilikuwa kuzaliwa kwa injini ya kisasa ya roketi. Alihesabu kutoka kwa usawa wake wa roketi yenye kujitegemea ambayo roketi yenye ukubwa, kwa kutumia mafuta imara, inaweza kuweka malipo ya pound moja kwa mwezi. Alianza kutumia majani ya maji katika 1921 na alikuwa wa kwanza kuzindua, mwaka 1926, roketi inayotengeneza maji. Goddard ilipatia matumizi ya bubu la De Laval, mizinga ya kutengenezea nyepesi, kupiga vectoring, injini ya kioevu ya mafuta yenye nguvu, kudhibiti baridi, na pazia baridi. [6] : 247-266

Mwishoni mwa miaka ya 1930, wanasayansi wa Ujerumani, kama vile Wernher von Braun na Hellmuth Walter , walichunguza kuingiza makombora yaliyotokana na kioevu katika ndege ya kijeshi ( Heinkel 112 , He 111 , He 176 na Messerschmitt Me 163 ). [44]

Turbopump iliajiriwa kwanza na wanasayansi wa Ujerumani katika WWII. Mpaka basi baridi ya bomba ilikuwa tatizo, na kombora ya A4 ya kisaikolojia ilitumia kunywa pombe kwa mafuta, ambayo ilipunguza joto la mwako kwa kutosha.

Mwako uliofanywa ( Замкнутая схема ) ulipendekezwa kwanza na Alexey Isaev mnamo mwaka 1949. Mjini injini ya kwanza uliofanywa na S1.5400 kutumika katika roketi ya Soviet iliyoundwa na Melnikov, msaidizi wa zamani wa Isaev. [6] Kuhusu wakati huo huo (1959), Nikolai Kuznetsov alianza kazi kwenye injini ya mzunguko wa NK-9 kwa ICBM ya Kirene ya Kirene, GR-1. Kuznetsov baadaye ilibadilika kwamba kubuni ndani ya NK-15 na NK-33 injini kwa roketi ya Lunar N1 isiyofanikiwa.

Kwenye Magharibi, injini ya kwanza ya maabara iliyojitokeza-mwako ilijengwa nchini Ujerumani mwaka wa 1963, na Ludwig Boelkow .

Peroxide ya hidrojeni / mafuta ya mafuta ya mafuta ya mafuta kama vile Gamma ya Uingereza ya miaka ya 1950 ilitumiwa mchakato wa mzunguko (bila shaka sio uliofanywa na mwako , lakini hiyo ni swali la semantics) kwa kuchochea peroxide kuendesha turbine kabla ya kuwaka na mafuta ya mafuta katika mwako chumba sahihi. Hii ilitoa faida ya ufanisi wa mwako uliowekwa, wakati wa kuzuia matatizo makubwa ya uhandisi.

Mitambo ya hidrojeni ya maji yaliyotengenezwa kwa kwanza kwa Amerika, injini ya RL-10 ilianza kwanza mwaka 1962. Mitambo ya hidrojeni ilitumika kama sehemu ya mpango wa Apollo ; mafuta ya hidrojeni ya maji yanayotoa kiwango cha chini cha chini na hivyo kupunguza ukubwa wa jumla na gharama za gari.

Angalia pia

  • Kulinganisha mitambo ya roketi ya orbital
  • Jet hupunguza athari ya ndege ya kutolea nje ya roketi ambayo huelekea kupunguza kasi ya mzunguko wa gari
  • Vipimo vya laser
  • Model roketi motor uainishaji lettered injini
  • Nerva - NASA 's Nuclear Energy kwa Roketi Gari Maombi, US nyuklia mafuta mpango roketi
  • Rocket ya Photon
  • Mradi Prometheus , NASA maendeleo ya propulsion ya nyuklia kwa nafasi ya muda mrefu spaceflight, ilianza mwaka 2003

Marejeleo

  1. ^ George P. Sutton & Oscar Biblarz (2001). Rocket Propulsion Elements (7th ed.). Wiley Interscience. ISBN 0-471-32642-9 . See Chapter 1.
  2. ^ Dexter K Huzel and David H. Huang (1971), NASA SP-125, Design of Liquid Propellant Rocket Engines Second edition of a technical report obtained from the website of the National Aeronautics and Space Administration (NASA).
  3. ^ a b c d http://www.braeunig.us/space/propel.htm
  4. ^ George P. Sutton & Oscar Biblarz (2001). Rocket Propulsion Elements (7th ed.). Wiley Interscience. ISBN 0-471-32642-9 . See Equation 2-14.
  5. ^ George P. Sutton & Oscar Biblarz (2001). Rocket Propulsion Elements (7th ed.). Wiley Interscience. ISBN 0-471-32642-9 . See Equation 3-33.
  6. ^ a b c d e f g h Sutton, George P. (2005). History of Liquid Propellant Rocket Engines . Reston, VA: American Institute of Aeronautics and Astronautics.
  7. ^ Foust, Jeff (2015-04-07). "Blue Origin Completes BE-3 Engine as BE-4 Work Continues" . Space News . Retrieved 2016-10-20 .
  8. ^ Richardson, Derek (2016-09-27). "Elon Musk Shows Off Interplanetary Transport System" . Spaceflight Insider . Retrieved 2016-10-20 .
  9. ^ Wade, Mark. "RD-0410" . Encyclopedia Astronautica . Retrieved 2009-09-25 .
  10. ^ "«Konstruktorskoe Buro Khimavtomatiky» - Scientific-Research Complex / RD0410. Nuclear Rocket Engine. Advanced launch vehicles" . KBKhA - Chemical Automatics Design Bureau . Retrieved 2009-09-25 .
  11. ^ "Aircraft: Lockheed SR-71A Blackbird" . Archived from the original on 2012-07-29 . Retrieved 2010-04-16 .
  12. ^ "Factsheets : Pratt & Whitney J58 Turbojet" . National Museum of the United States Air Force. Archived from the original on 2015-04-04 . Retrieved 2010-04-15 .
  13. ^ "Rolls-Royce SNECMA Olympus - Jane's Transport News" . Archived from the original on 2010-08-06 . Retrieved 2009-09-25 . With afterburner, reverser and nozzle ... 3,175 kg ... Afterburner ... 169.2 kN
  14. ^ Military Jet Engine Acquisition , RAND, 2002.
  15. ^ "«Konstruktorskoe Buro Khimavtomatiky» - Scientific-Research Complex / RD0750" . KBKhA - Chemical Automatics Design Bureau . Retrieved 2009-09-25 .
  16. ^ Wade, Mark. "RD-0146" . Encyclopedia Astronautica . Retrieved 2009-09-25 .
  17. ^ SSME
  18. ^ "RD-180" . Retrieved 2009-09-25 .
  19. ^ Encyclopedia Astronautica: F-1
  20. ^ Astronautix NK-33 entry
  21. ^ Mueller, Thomas (June 8, 2015). "Is SpaceX's Merlin 1D's thrust-to-weight ratio of 150+ believable?" . Retrieved July 9, 2015 . The Merlin 1D weighs 1030 pounds, including the hydraulic steering (TVC) actuators. It makes 162,500 pounds of thrust in vacuum. that is nearly 158 thrust/weight. The new full thrust variant weighs the same and makes about 185,500 lbs force in vacuum.
  22. ^ David K. Stumpf (2000). Titian II: A History of a Cold War Missile Program . University of Arkansas Press. ISBN 1-55728-601-9 .
  23. ^ John W. Strutt (1896). The Theory of Sound – Volume 2 (2nd ed.). McMillan (reprinted by Dover Publications in 1945). p. 226. According to Lord Rayleigh’s criterion for thermoacoustic processes, "If heat be given to the air at the moment of greatest condensation, or be taken from it at the moment of greatest rarefaction, the vibration is encouraged. On the other hand, if heat be given at the moment of greatest rarefaction, or abstracted at the moment of greatest condensation, the vibration is discouraged."
  24. ^ Lord Rayleigh (1878) "The explanation of certain acoustical phenomena" (namely, the Rijke tube ) Nature , vol. 18, pages 319–321.
  25. ^ E. C. Fernandes and M. V. Heitor, "Unsteady flames and the Rayleigh criterion" in F. Culick; M. V. Heitor; J. H. Whitelaw, eds. (1996). Unsteady Combustion (1st ed.). Kluwer Academic Publishers. p. 4. ISBN 0-7923-3888-X . Available on-line here at Google Books
  26. ^ G.P. Sutton & D.M. Ross (1975). Rocket Propulsion Elements: An Introduction to the Engineering of Rockets (4th ed.). Wiley Interscience. ISBN 0-471-83836-5 . See Chapter 8, Section 6 and especially Section 7, re combustion instability.
  27. ^ "Sound Suppression System" . NASA.
  28. ^ R.C. Potter and M.J. Crocker (1966). NASA CR-566, Acoustic Prediction Methods For Rocket Engines, Including The Effects Of Clustered Engines And Deflected Flow From website of the National Aeronautics and Space Administration – Langley (NASA – Langley)
  29. ^ The J-2 had three premature in-flight shutdowns, and one failure to restart in orbit. But these failures did not result in vehicle loss or mission abort.
  30. ^ "Space Shuttle Main Engine" (PDF) . Pratt & Whitney Rocketdyne. 2005. Archived from the original (PDF) on February 8, 2012 . Retrieved November 23, 2011 .
  31. ^ "SSME Flight Experience" (JPEG) . Pratt & Whitney Rocketdyne. November 2010.
  32. ^ Wayne Hale & various (January 17, 2012). "An SSME-related request" . NASASpaceflight.com . Retrieved January 17, 2012 .
  33. ^ Newsgroup correspondence , 1998-99
  34. ^ Complex chemical equilibrium and rocket performance calculations , Cpropep-Web
  35. ^ Tool for Rocket Propulsion Analysis , RPA
  36. ^ NASA Computer program Chemical Equilibrium with Applications , CEA
  37. ^ Svitak, Amy (2012-11-26). "Falcon 9 RUD?" . Aviation Week . Archived from the original on 2014-03-21 . Retrieved 2014-03-21 .
  38. ^ Belluscio, Alejandro G. (2016-10-03). "ITS Propulsion – The evolution of the SpaceX Raptor engine" . NASASpaceFlight.com . Retrieved 2016-10-03 .
  39. ^ a b Zegler, Frank; Bernard Kutter (2010-09-02). "Evolving to a Depot-Based Space Transportation Architecture" (PDF) . AIAA SPACE 2010 Conference & Exposition . AIAA. Archived from the original (PDF) on 2011-07-17 . Retrieved 2011-01-25 . See page 3.
  40. ^ Parkin, Kevin. "Microwave Thermal Rockets" . Retrieved 8 December 2016 .
  41. ^ Leofranc Holford-Strevens (2005). Aulus Gellius: An Antonine Author and his Achievement (Revised paperback ed.). Oxford University Press. ISBN 0-19-928980-8 .
    • Public Domain This article incorporates text from a publication now in the public domain : Chisholm, Hugh, ed. (1911). " article name needed ". Encyclopædia Britannica (11th ed.). Cambridge University Press.
  42. ^ Von Braun, Wernher; Ordway III, Frederick I. (1976). The Rockets' Red Glare . Garden City, New York: Anchor Press/ Doubleday. p. 5. ISBN 9780385078474 .
  43. ^ Von Braun, Wernher; Ordway III, Frederick I. (1976). The Rockets' Red Glare . Garden City, New York: Anchor Press/ Doubleday. p. 11. ISBN 9780385078474 .
  44. ^ Lutz Warsitz (2009). The First Jet Pilot - The Story of German Test Pilot Erich Warsitz . Pen and Sword Ltd. ISBN 978-1-84415-818-8 . Includes von Braun’s and Hellmuth Walter’s experiments with rocket aircraft. English edition.

Viungo vya nje