Motore a razzo liquido
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Motore a razzo liquido

Motore a razzo liquido

 

Motore a razzo liquido - carburanti a forma di gas liquefatti gas e liquidi chimici. A seconda del numero di componenti del LRE sono divisi in uno, due e tre componenti.

Una breve storia dello sviluppo

            Per la prima volta l'uso di idrogeno liquefatto e ossigeno come combustibile per i razzi è stato proposto da K.E. Tsiolkovsky nell'anno 1903. Il primo prototipo della LRE è stato creato dall'americano Robert Howard nell'anno 1926. Successivamente, tali sviluppi sono stati effettuati in URSS, USA, Germania. Il più grande successo è stato raggiunto dagli scienziati tedeschi: Thiel, Walter, von Braun. Durante la seconda guerra mondiale, hanno creato un'intera linea di LRE per scopi militari. Si crede che creare il Reich "V-2" prima, avrebbero vinto la guerra. Successivamente, la Guerra Fredda e la corsa agli armamenti divennero un catalizzatore per accelerare lo sviluppo di LRE in vista della loro applicazione nel programma spaziale. Con l'aiuto di RD-108, i primi satelliti artificiali della Terra sono stati messi in orbita.

Oggi LRE utilizzato nei programmi spaziali e missili pesanti.

Portata

Come accennato in precedenza, il motore a razzo è usato principalmente come un veicolo spaziale motore e veicolo di lancio. I principali vantaggi del LRE è:

  • il più alto impulso specifico in aula;
  • la capacità di eseguire un arresto completo e riavviare in tandem con il controllo della trazione offre una maggiore manovrabilità;
  • peso significativamente inferiore rispetto alla camera di combustibile con il propellente solido.

Tra le carenze del LRE:

  • più complicato e costoso dispositivo;
  • maggiori requisiti per un trasporto sicuro;
  • in assenza di gravità, è necessario utilizzare motori supplementari per la deposizione di combustibile.

Tuttavia, lo svantaggio principale di LRE è un limite di capacità di energia del combustibile, che limita lo sviluppo dello spazio con loro fino ad una distanza di Venere e Marte.

Design e funzionalità

Il principio di funzionamento di un motore a razzo, ma si ottiene utilizzando dispositivi diversi schemi. Combustibile e di ossidante entrano per mezzo di pompe di serbatoi a testa di miscelazione diverso viene iniettato nella camera di combustione e mescolare. Dopo un incendio sotto la pressione all'interno della energia del combustibile viene convertita in cinetica e scorre attraverso un ugello, creando una spinta del getto.

Motore 2 liquido per missili

Il sistema di alimentazione comprende serbatoi, tubi e pompe a turbina per iniettare carburante dal serbatoio nel tubo e la valvola regolatore.

Pompa di alimentazione del combustibile genera alta pressione nella camera e, di conseguenza, una maggiore espansione del fluido di lavoro, con il quale l'impulso massimo specifico.

Testa dell'ugello - iniettore per iniettare combustibile nei componenti della camera di combustione. Il requisito principale all'ugello - qualità e la velocità di miscelazione l'alimentazione di combustibile alla camera di combustione.

Refrigerante

Sebbene la quota di trasferimento di calore dalla struttura durante la combustione sia insignificante, il problema del raffreddamento è rilevante a causa dell'elevata temperatura di combustione (> 3000 K) e minaccia la distruzione termica del motore. Esistono diversi tipi di raffreddamento delle pareti della camera:

  • raffreddamento rigenerativo si basa sulla creazione di cavità nelle pareti della camera, attraverso la quale l'ossidante senza carburante, raffreddando la parete della camera e il calore con il refrigerante (carburante) nuovamente nella camera.

  • Strato limite - è stato creato dallo strato vapori del carburante di gas dalle pareti della camera. Questo effetto si ottiene installando sulla periferia degli ugelli della testina di alimentazione unico combustibile. Quindi la miscela di carburante e comburente manca di combustione vicino alla parete non è così intenso come nel centro della camera. La temperatura dello strato limite isola le alte temperature nel centro della camera dalle pareti della camera di combustione.

  • Il metodo ablativo di raffreddamento di un motore a razzo a propellente liquido viene eseguito applicando uno speciale rivestimento di schermatura termica alle pareti della camera e agli ugelli. Ad alte temperature, il rivestimento passa da uno stato solido a uno gassoso, assorbendo gran parte del calore. Questo metodo di raffreddamento di un motore a razzo a propellente liquido è stato utilizzato nel programma lunare Apollo.

Avvio del funzionamento molto critico LRE in termini di fallimenti esplosivi nella sua attuazione. Ci componenti ipergolici con cui non ci sono difficoltà, ma quando si utilizza un iniziatore esterna per accendere la consistenza ideale necessaria per fornirle componenti del carburante. L'accumulo di carburante incombusto nella camera è potenza esplosiva devastante, e promette gravi conseguenze.

Il lancio di grandi motori a razzo a propellente liquido avviene in più fasi con il successivo raggiungimento della massima potenza, mentre i piccoli motori iniziano con una potenza istantanea al cento per cento. 

Il sistema di controllo automatico dei motori a razzo a propellente liquido è caratterizzato da avvio sicuro del motore e uscita dalla modalità principale, controllo del funzionamento stabile, regolazione della spinta in base al piano di volo, regolazione dei materiali di consumo, spegnimento quando si entra in una data traiettoria. A causa dei momenti che non possono essere calcolati, il motore a propellente liquido è dotato di una fornitura garantita di carburante in modo che il razzo possa entrare in una data orbita in caso di deviazioni nel programma.  

I componenti del carburante e la loro scelta nel processo di progettazione sono decisivi nella progettazione di un motore a razzo a propellente liquido. Sulla base di ciò, vengono determinate le condizioni di stoccaggio, trasporto e tecnologia di produzione. L'indicatore più importante della combinazione di componenti è l'impulso specifico, che determina la distribuzione della percentuale di carburante e massa del carico. Le dimensioni e la massa del razzo sono calcolate utilizzando la formula di Tsiolkovsky. Oltre all'impulso specifico, la densità influisce sulle dimensioni dei serbatoi con componenti di carburante, il punto di ebollizione può limitare le condizioni operative dei missili, l'aggressività chimica è insita in tutti gli ossidanti e, se non vengono seguite le regole per il funzionamento dei serbatoi, può provocare un incendio del serbatoio, la tossicità di alcuni composti del carburante può causare gravi danni all'atmosfera e all'ambiente ... Pertanto, il fluoro, sebbene sia un agente ossidante migliore dell'ossigeno, non viene utilizzato a causa della sua tossicità.

Motore 3434 liquido per missili

I motori a razzo a propellente liquido monocomponente utilizzano il liquido come carburante che, interagendo con un catalizzatore, si decompone con il rilascio di gas caldo. Il vantaggio principale dei motori a razzo monocomponente è la loro semplicità di progettazione e, sebbene l'impulso specifico di tali motori sia piccolo, sono ideali come motori a bassa spinta per l'orientamento e la stabilizzazione di veicoli spaziali. Questi motori utilizzano un sistema di alimentazione del carburante a cilindrata positiva e, a causa della bassa temperatura di processo, non necessitano di un sistema di raffreddamento. I motori monocomponenti includono anche motori a getto di gas, che vengono utilizzati in condizioni di inammissibilità dello scarico termico e chimico.

Nei primi 70-zioni degli Stati Uniti e l'Unione Sovietica sviluppato i motori a tre componenti razzo a propellente liquido che utilizzano l'idrogeno come carburante e combustibile di idrocarburi. Così, il motore potrebbe operare sul cherosene e ossigeno all'avvio e commutato al idrogeno liquido e ossigeno in quota. Un esempio di tre LRE Russia ha un RD-701.

Controllo missile è stato impiegato nel settore dei missili "Fau-2» con grafite timoni gasdinamico, ma questo ha ridotto la potenza del motore, e sono utilizzati in missili moderni camera rotante collegata al corpo mediante cerniere creando flessibilità in uno o due piani. Inoltre telecamere PTZ sono utilizzate come motori di comando che vengono fissati gli ugelli nella direzione opposta e, quando il dispositivo di controllo appropriata nello spazio.

Un LRE a ciclo chiuso è un motore, uno dei componenti del quale viene gassificato quando viene bruciato a bassa temperatura con una piccola parte dell'altro componente, il gas risultante agisce come fluido di lavoro della turbina e quindi viene alimentato nella camera di combustione, dove brucia con componenti di carburante e crea una spinta del getto. Lo svantaggio principale di questo schema è la complessità del progetto, ma allo stesso tempo aumenta l'impulso specifico. 

La prospettiva di aumentare la potenza dei motori a razzo a liquido

Nella scuola russa dei creatori della LRE, guidata dall'accademico Glushko per lungo tempo, si sforzano di massimizzare l'uso di energia del carburante e, di conseguenza, il massimo impulso specifico possibile. Poiché il massimo impulso specifico può essere ottenuto solo aumentando l'espansione dei prodotti di combustione nell'ugello, tutti gli sviluppi sono condotti alla ricerca della miscela di carburante perfetta.   

 

 

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