موتورهای موشک مایع واحدهای اصلی یک موتور موشک طراحی و اصل کارکرد موتورهای موشک شیمیایی.

در میان دستاوردهای فنی بشر، موتورهای موشکی جایگاه ویژه ای را به خود اختصاص داده اند. دستگاه های ساخته شده توسط ذهن انسان و دستان او نه تنها اوج پیشرفت علمی و فناوری هستند. به لطف این پیچیده ترین ماشین ها، بشریت توانست از آغوش سیاره ما فرار کند و وارد وسعت فضا شود.

امروزه، مردم قدرتمندترین موتورهای موشکی جهان را در اختیار دارند که قادر به توسعه نیروی رانش صدها تنی هستند. مسابقه موشکی هزاران سال پیش آغاز شد، زمانی که صنعتگران در چین باستان موفق به ایجاد اولین باروت برای آتش بازی شدند. زمان زیادی می گذرد تا اولین موتور جت به معنای واقعی کلمه ساخته شود.

انسان پس از پرتاب باروت به کنار و دریافت نیروی محرکه جت با استفاده از سوخت مایع، به ساخت هواپیماهای جت پرداخت و این فرصت را به دست آورد تا مدل های قدرتمندتری از فناوری موشک ایجاد کند.

اولین قدم های انسان به دنیای فناوری موشک

بشریت برای مدت طولانی با نیروی محرکه جت آشنا بوده است. حتی یونانیان باستان سعی می کردند از وسایل مکانیکی که توسط هوای فشرده هدایت می شدند استفاده کنند. بعداً دستگاه ها و مکانیسم هایی ظاهر شدند که به دلیل احتراق بار پودری باعث پرواز شدند. اولین موشک‌های بدوی که در چین ساخته شد و سپس در اروپای غربی ظاهر شد، کاملاً کامل نبود. با این حال، در همان سال های اولیه، نظریه موتور موشک شروع به شکل گیری کرد. مخترعان و دانشمندان سعی کردند توضیحی برای فرآیندهایی که در حین احتراق باروت به وجود آمدند پیدا کنند و از پرواز سریع جسم فیزیکی و مادی اطمینان حاصل کنند. پیشرانه جت مردم را بیشتر و بیشتر علاقه مند می کند و افق های جدیدی را در توسعه فناوری باز می کند.

داستان اختراع باروت انگیزه جدیدی به توسعه فناوری موشک داد. اولین ایده ها در مورد اینکه نیروی رانش موتور جت چیست، در فرآیند آزمایش ها و آزمایش های طولانی مدت شکل گرفت. کار و تحقیق با استفاده از پودر سیاه انجام شد. معلوم شد که فرآیند احتراق باروت مقدار زیادی گاز تولید می کند که پتانسیل کاری بسیار بالایی دارند. اسلحه گرم به دانشمندان این ایده را داد که از انرژی گازهای پودری به طور موثرتری استفاده کنند.

استفاده از سوخت دیگری برای ایجاد نیروی محرکه جت به دلیل نقص پایه فنی امکان پذیر نبود. این موتور موشک پودری بود که به اولین وسیله سوخت جامد تبدیل شد، نمونه اولیه موتورهای موشک مدرن که به مردم خدمت می کنند.

تا اوایل قرن بیستم، فناوری موشک بر اساس ابتدایی ترین ایده ها در مورد نیروی محرکه جت، در وضعیت ابتدایی قرار داشت. تنها در پایان قرن نوزدهم اولین تلاش‌ها برای توضیح از دیدگاه علمی فرآیندهایی که در پیدایش نیروی محرکه جت نقش داشتند، انجام شد. معلوم شد که با افزایش شارژ، نیروی کشش افزایش می یابد که عامل اصلی در کارکرد موتور بود. این رابطه توضیح می‌دهد که چگونه یک موتور موشک کار می‌کند و برای دستیابی به کارایی بیشتر از دستگاه پرتاب شده، باید به کدام سمت رفت.

قهرمانی در این زمینه متعلق به دانشمندان روسی است. نیکولای تیخومیروف قبلاً در سال 1894 سعی کرد نظریه رانش جت را به صورت ریاضی توضیح دهد و یک مدل ریاضی از موتور موشک (جت) ایجاد کند. دانشمند برجسته قرن بیستم، کنستانتین تسیولکوفسکی، کمک زیادی به توسعه فناوری موشک کرد. نتیجه کار او پایه های تئوری موتورهای موشک بود که متعاقباً توسط هر طراح موتور موشکی مورد استفاده قرار گرفت. تمام پیشرفت های بعدی و ایجاد فناوری موشک با استفاده از بخش نظری ایجاد شده توسط دانشمندان روسی انجام شد.

Tsiolkovsky، جذب نظریه پرواز فضایی، برای اولین بار ایده استفاده از اجزای مایع - هیدروژن و اکسیژن - به جای سوخت جامد را بیان کرد. با کمک او موتور جت مایع ظاهر شد که امروزه کارآمدترین و کارآمدترین نوع موتور است. تمام پیشرفت‌های بعدی مدل‌های اصلی موتورهای موشکی که برای پرتاب موشک‌ها مورد استفاده قرار می‌گرفت، عمدتاً با سوخت مایع کار می‌کردند، جایی که اکسیژن می‌توانست عامل اکسید کننده باشد و سایر عناصر شیمیایی استفاده می‌شد.

انواع موتورهای موشک: طراحی، نمودار و دستگاه

با نگاهی به نمودار موتور موشک و محصولات نهایی صنعتی، دشوار است که این را اوج نبوغ فنی بنامیم. حتی چنین دستگاه کاملی مانند موتور موشک روسی RD-180 در نگاه اول کاملاً معمولی به نظر می رسد. اما نکته اصلی در این دستگاه تکنولوژی به کار رفته و پارامترهایی است که این معجزه فناوری دارد. جوهر موتور موشک یک موتور جت معمولی است که در آن به دلیل احتراق سوخت، سیال کاری ایجاد می شود که نیروی کشش لازم را فراهم می کند. تنها تفاوت در نوع سوخت و شرایطی است که سوخت در آن سوخته و سیال کار تشکیل می شود. برای اینکه موتور در ثانیه های اول کار خود حداکثر رانش را ایجاد کند، سوخت زیادی لازم است.

در موتورهای جت، احتراق اجزای سوخت با مشارکت هوای اتمسفر انجام می شود. موتور رم جت موتور اصلی کار امروزی است، جایی که نفت سفید هوانوردی در محفظه احتراق همراه با اکسیژن می سوزد و جریان جت قدرتمندی از گازها را در خروجی تشکیل می دهد. موتور موشک یک سیستم کاملاً خودمختار است که در آن نیروی رانش جت با احتراق سوخت جامد یا مایع بدون مشارکت اکسیژن اتمسفر ایجاد می شود. به عنوان مثال، یک موتور موشک مایع با سوخت کار می کند، جایی که عامل اکسید کننده یکی از عناصر شیمیایی است که به محفظه احتراق عرضه می شود. موشک‌های سوخت جامد بر روی سوخت‌های جامد که در یک ظرف قرار دارند، کار می‌کنند. هنگامی که آنها می سوزند، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود که تحت فشار زیاد از محفظه احتراق خارج می شود.

قبل از شروع کار، جرم سوخت 90 درصد جرم موتور موشک است. با مصرف سوخت، وزن اولیه آن کاهش می یابد. بر این اساس، نیروی رانش موتور موشک افزایش می یابد و اطمینان حاصل می شود که کار مفیدی در انتقال بار انجام می شود.

فرآیندهای احتراق در داخل محفظه احتراق یک موتور موشک بدون مشارکت هوا، استفاده از موتورهای موشکی را برای پرواز به ارتفاعات بالا و فضای بیرونی ایده آل می کند. در میان تمام موتورهای موشکی که موشک مدرن با آنها کار می کند، باید انواع زیر را متمایز کرد:

• موتورهای موشک جامد (TRE)؛
• مایع (LPRE)؛
• موتورهای موشک شیمیایی (CRE)؛
• موتور موشک یونی؛
• موتور موشک الکتریکی؛
• موتور موشک هیبریدی (HRE).

یک نوع جداگانه شامل موتور موشک انفجاری (پالس) است که عمدتاً روی فضاپیماهایی که در فضای بیرونی سفر می کنند نصب می شود.

بسته به عملکرد و قابلیت های فنی، دستگاه ها به موتورهای موشک پرتاب و موتورهای فرمان تقسیم می شوند. نوع اول شامل قدرتمندترین موتورهای موشکی است که نیروی رانش عظیمی دارند و قادر به غلبه بر نیروی گرانش هستند. معروف ترین نمایندگان این نوع موتور مایع شوروی RD-170/171 است که در هنگام پرتاب موشک 700 تن تراست رانش ایجاد می کند. فشار ایجاد شده در محفظه احتراق دارای ارزش عظیم 250 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. این نوع موتور برای وسیله نقلیه پرتاب Energia ساخته شده است. مخلوطی از نفت سفید و اکسیژن به عنوان سوخت برای عملیات نصب استفاده می شود.

معلوم شد که فناوری شوروی قدرتمندتر از دستگاه معروف آمریکایی F-1 است که پرواز موشک های برنامه ماهانه آپولو آمریکایی را تضمین می کند.

موتورهای موشکی راه اندازی یا موتورهای محرکه را می توان به عنوان پیشرانه برای مراحل اول و دوم استفاده کرد. آنها سرعت داده شده و پرواز پایدار موشک را در طول یک مسیر مشخص ارائه می دهند و می توانند با انواع موتورهای موشکی که امروزه وجود دارند نشان داده شوند. آخرین نوع - موتورهای فرمان - برای مانور فناوری موشک هم در حین پرواز کروز در جو و هم در هنگام تنظیم فضاپیما در فضا استفاده می شود.

امروزه، تنها تعداد کمی از کشورها توانایی‌های فنی برای تولید موتورهای موشک پایدار با توان بالا را دارند که قادر به پرتاب حجم زیادی از محموله به فضا هستند. چنین دستگاه هایی در روسیه، ایالات متحده آمریکا، اوکراین و کشورهای اتحادیه اروپا تولید می شوند. موتور موشک روسی RD-180، موتورهای اوکراینی LRE 120 و LRE 170 امروزه سیستم های پیشران اصلی برای فناوری موشکی هستند که برای توسعه برنامه های فضایی مورد استفاده قرار می گیرند. امروزه پرتابگرهای ساترن و آنتارس آمریکایی به موتورهای موشک روسی مجهز هستند.

متداول ترین موتورهایی که امروزه فناوری مدرن با آنها کار می کند موتورهای موشک سوخت جامد و مایع هستند. نوع اول ساده ترین است. نوع دوم - موتورهای موشک مایع دستگاه های قدرتمند و پیچیده ای با چرخه بسته هستند که اجزای اصلی سوخت در آنها عناصر شیمیایی هستند. این دو نوع پیشرانه شامل موتورهای موشک شیمیایی است که تنها در حالت مجموع اجزای سوخت با هم تفاوت دارند. اما عملکرد این نوع تجهیزات در شرایط سخت و با رعایت نکات ایمنی بالا صورت می گیرد. سوخت اصلی این نوع موتورها هیدروژن و کربن است که با اکسیژن که به عنوان اکسید کننده عمل می کند، تعامل دارند.

موتورهای جت شیمیایی از نفت سفید، الکل و سایر مواد قابل اشتعال به عنوان اجزای سوخت استفاده می کنند. عامل اکسید کننده چنین مخلوطی فلوئور، کلر یا اکسیژن است. توده سوخت برای کارکردن موتورهای شیمیایی برای انسان بسیار سمی و خطرناک است.

بر خلاف همتایان سوخت جامد خود، که چرخه عملکرد آنها بسیار سریع و غیرقابل کنترل است، موتورهای سوخت مایع به شما امکان می دهند عملکرد خود را تنظیم کنید. اکسید کننده در یک ظرف جداگانه قرار دارد و به مقدار محدود به محفظه احتراق عرضه می شود، جایی که همراه با سایر اجزاء، یک سیال کاری تشکیل می شود که از طریق نازل خارج می شود و نیروی رانش ایجاد می کند. این ویژگی سیستم های پیشران نه تنها به تنظیم نیروی رانش موتور اجازه می دهد، بلکه بر این اساس سرعت پرواز راکت را نیز کنترل می کند. بهترین موتور موشکی که امروزه برای پرتاب موشک های فضایی استفاده می شود، RD-180 روسی است. این دستگاه دارای مشخصات فنی بالا و مقرون به صرفه است که کارکرد آن را مقرون به صرفه می کند.

هر دو نوع موتور مزایا و معایب خود را دارند که با دامنه استفاده از آنها و چالش های فنی پیش روی سازندگان فناوری موشک جبران می شود. جدیدترین مورد از مجموعه موتورهای شیمیایی، موتور موشک متان برودتی اسپیس ایکس، رپتور است که برای موشکی با قابلیت سفر بین سیاره ای ساخته شده است.

انواع مدرن موتورهای موشک

مشخصه اصلی موتورهای موشک، ضربه خاص است. این مقدار با نسبت رانش تولید شده به مقدار سوخت مصرف شده در واحد زمان تعیین می شود. با این پارامتر است که امروزه کارایی فناوری موشک و امکان سنجی اقتصادی آن مشخص می شود. فن آوری های مدرن با هدف دستیابی به مقادیر بالای این پارامتر به منظور به دست آوردن یک ضربه خاص بالا است. ممکن است برای دستیابی به حرکت سریع و بی پایان فضاپیما، استفاده از انواع دیگر سوخت ضروری باشد.

موتورهای موشکی شیمیایی، هم پیشران جامد و هم پیشران مایع، به اوج پیشرفت خود رسیده‌اند. علیرغم اینکه این نوع موتورها موتورهای اصلی موشک های بالستیک و فضایی هستند، بهبود بعدی آنها مشکل ساز است. امروزه کار برای استفاده از سایر منابع انرژی در حال انجام است.

از میان حوزه های اولویت دار، دو حوزه قابل شناسایی است:

• موتورهای موشک هسته ای (یونیک)؛
• موتورهای موشک الکتریکی (پالسی).

به نظر می رسد هر دو نوع در زمینه ساخت فضاپیما اولویت دارند. با وجود کاستی هایی که امروزه اولین نمونه های اولیه این پیشرانه ها دارند، پرتاب آنها به فضا بسیار ارزان تر و کارآمدتر خواهد بود.

برخلاف موتورهای شیمیایی که بشر با آنها وارد عصر فضا شد، موتورهای هسته‌ای انگیزه لازم را نه از طریق احتراق سوخت مایع یا جامد فراهم می‌کنند. سیال عامل هیدروژن یا آمونیاک است که به حالت گازی گرم می شود. گازهایی که در اثر تماس با سوخت هسته ای گرم می شوند، محفظه احتراق را تحت فشار زیاد ترک می کنند. تکانه خاص این نوع موتورها بسیار زیاد است. به چنین تاسیساتی هسته ای و ایزوتوپی نیز می گویند. قدرت آنها بسیار بالا است. به دلیل خطر بالای آلودگی رادیواکتیو منطقه و پرسنل عملیاتی مجموعه پرتاب، عملیات یک موتور پیشران هسته ای از یک سایت پرتاب روی زمین غیرممکن تلقی می شود. چنین موتورهایی فقط در طول یک پرواز کروز در فضا قابل استفاده هستند.

اعتقاد بر این است که پتانسیل موتورهای موشک هسته ای بسیار زیاد است، اما فقدان راه های موثر برای کنترل واکنش گرما هسته ای استفاده از آنها را در شرایط فعلی کاملاً مشکل ساز و خطرناک می کند.

نوع بعدی - موتورهای محرکه الکتریکی - از ابتدا تا انتها آزمایشی هستند. چهار نوع از این پیشرانه به طور همزمان در نظر گرفته می شود: الکترومغناطیسی، الکترواستاتیک، الکتروترمال و پالسی. بیشترین علاقه این گروه دستگاه های الکترواستاتیک است که معمولاً یونی یا کلوئیدی نیز نامیده می شوند. در این نصب، سیال کار (معمولا یک گاز بی اثر) توسط یک میدان الکتریکی به حالت پلاسما گرم می شود. موتورهای موشک یونی بالاترین انگیزه ویژه را در میان سایر موتورها دارند، اما صحبت در مورد اجرای عملی این پروژه خیلی زود است.

علیرغم شاخص های حرکت بالا، این توسعه دارای اشکالات قابل توجهی است. موتور برای کار کردن به منابع ثابت برق نیاز دارد که قادر به تامین برق بدون وقفه در حجم های زیاد باشد. بر این اساس، چنین موتوری نمی تواند نیروی رانش بالایی داشته باشد که تلاش طراحان برای ایجاد فضاپیماهای کارآمد و اقتصادی را به نتایج ضعیف کاهش می دهد.

موتور موشکی که بشر امروز در اختیار دارد، دسترسی بشر به فضا را فراهم کرده و امکان انجام اکتشافات فضایی در فواصل طولانی را فراهم کرده است. اما محدودیت‌های فنی که دستگاه‌های مورد استفاده به آن رسیده‌اند، پیش‌نیازهایی را برای تشدید کار در جهات دیگر ایجاد می‌کند. شاید در آینده‌ای قابل پیش‌بینی، کشتی‌های دارای نیروگاه‌های هسته‌ای در فضا پرسه بزنند، یا ما به دنیای موتورهای موشک پلاسما که با سرعتی نزدیک به سرعت نور پرواز می‌کنند، غوطه‌ور شویم.

نحوه کار و عملکرد یک موتور جت سوخت مایع

موتورهای جت پیشران مایع در حال حاضر به عنوان موتور برای موشک‌های دفاع هوایی سنگین، موشک‌های دوربرد و استراتوسفر، هواپیماهای موشکی، بمب‌های موشکی، اژدرهای هوایی و غیره استفاده می‌شوند. گاهی اوقات موتورهای راکت پیشران مایع نیز به عنوان موتورهای راه‌اندازی برای تسهیل گرفتن استفاده می‌شوند. -خارج شدن از هواپیما

با در نظر گرفتن هدف اصلی موتورهای موشک پیشران مایع، ما با طراحی و عملکرد آنها با استفاده از نمونه‌هایی از دو موتور آشنا می‌شویم: یکی برای موشک دوربرد یا استراتوسفر، دیگری برای هواپیمای موشک. این موتورهای خاص در همه چیز معمولی نیستند و البته از نظر داده های خود نسبت به جدیدترین موتورهای این نوع پایین تر هستند، اما هنوز از بسیاری جهات مشخصه هستند و ایده نسبتاً روشنی از پیشران مایع مدرن ارائه می دهند. موتور جت.

موتور موشک مایع برای موشک دوربرد یا استراتوسفر

راکت هایی از این نوع یا به عنوان پرتابه های فوق سنگین دوربرد و یا برای کاوش در استراتوسفر استفاده می شدند. برای مقاصد نظامی، آلمان ها از آنها برای بمباران لندن در سال 1944 استفاده کردند. این موشک ها حدود یک تن مواد منفجره و برد پروازی حدود 300 داشتند. کیلومتر. هنگام کاوش در استراتوسفر، سر موشک به جای مواد منفجره، تجهیزات تحقیقاتی مختلفی را حمل می کند و معمولاً دارای وسیله ای برای جداسازی از موشک و فرود با چتر نجات است. ارتفاع بالابر راکت 150-180 کیلومتر.

ظاهر چنین موشکی در شکل نشان داده شده است. 26، و بخش آن در شکل. 27. شکل افرادی که در کنار موشک ایستاده اند، تصوری از اندازه چشمگیر موشک می دهد: طول کل آن 14 است. متر، قطر حدود 1.7 متر، و در پر و بال حدود 3.6 متر، وزن یک موشک پر شده با مواد منفجره 12.5 تن است.

شکل. 26. آمادگی برای پرتاب موشک استراتوسفر.

این موشک توسط یک موتور جت پیشران مایع که در پشت موشک قرار دارد به حرکت در می آید. نمای کلی موتور در شکل نشان داده شده است. 28. موتور با سوخت دو جزئی کار می کند - شراب معمولی (اتیل) الکل با قدرت 75٪ و اکسیژن مایع، که در دو مخزن بزرگ جداگانه ذخیره می شود، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 27. ذخیره سوخت روی موشک حدود 9 تن است که تقریباً 3/4 وزن کل موشک است و از نظر حجمی مخازن سوخت بیشتر حجم کل موشک را تشکیل می دهند. با وجود چنین مقدار زیادی سوخت، فقط برای 1 دقیقه کارکرد موتور کافی است، زیرا موتور بیش از 125 مصرف می کند. کیلوگرمسوخت در ثانیه

شکل. 27. مقطع موشک دوربرد.

مقدار هر دو جزء سوخت، الکل و اکسیژن، به گونه ای محاسبه می شود که به طور همزمان بسوزند. از آنجایی که برای احتراق 1 کیلوگرمدر این حالت حدود 1.3 الکل مصرف می شود کیلوگرماکسیژن، سپس مخزن سوخت تقریباً 3.8 تن الکل و مخزن اکسیدکننده حدود 5 تن اکسیژن مایع را در خود جای می دهد. بنابراین، حتی در مورد استفاده از الکل، که به میزان قابل توجهی اکسیژن کمتری برای احتراق نسبت به بنزین یا نفت سفید نیاز دارد، پر کردن هر دو مخزن تنها با سوخت (الکل) با استفاده از اکسیژن اتمسفر، زمان کار موتور را دو تا سه برابر افزایش می دهد. این چیزی است که نیاز به یک اکسید کننده روی موشک منجر به آن می شود.

شکل. 28. موتور موشک.

به ناچار این سوال پیش می آید که اگر موتور فقط 1 دقیقه کار کند، موشک چگونه مسافت 300 کیلومتر را طی می کند؟ توضیحی برای این موضوع در شکل داده شده است. 33 که مسیر موشک را نشان می دهد و همچنین تغییر سرعت در طول مسیر را نشان می دهد.

همانطور که در شکل مشاهده می شود، موشک پس از قرار دادن آن در موقعیت عمودی با استفاده از یک پرتابگر سبک پرتاب می شود. 26. پس از پرتاب، موشک ابتدا تقریباً به صورت عمودی بالا می رود و پس از 10-12 ثانیه پرواز شروع به انحراف از حالت عمودی می کند و تحت تأثیر سکان های کنترل شده توسط ژیروسکوپ، در امتداد مسیری نزدیک به یک قوس دایره ای حرکت می کند. چنین پروازی تا زمانی که موتور روشن است، یعنی تقریباً 60 ثانیه طول می کشد.

هنگامی که سرعت به مقدار محاسبه شده می رسد، دستگاه های کنترل موتور را خاموش می کنند. در این مرحله تقریباً هیچ سوختی در مخازن موشک باقی نمانده است. ارتفاع موشک در پایان کار موتور 35-37 است کیلومترو محور موشک با افق زاویه 45 درجه ایجاد می کند (نقطه A در شکل 29 مربوط به این موقعیت موشک است).

شکل. 29. مسیر پرواز یک موشک دوربرد.

این زاویه ارتفاع حداکثر برد را در پرواز بعدی فراهم می کند، زمانی که موشک با اینرسی حرکت می کند، مانند گلوله توپخانه ای که از یک تفنگ که لبه لوله آن در ارتفاع 35 تا 37 است به پرواز در می آید. کیلومتر. مسیر پرواز بعدی نزدیک به یک سهمی است و کل زمان پرواز تقریباً 5 دقیقه است. حداکثر ارتفاعی که موشک به آن می رسد 95-100 است کیلومتر، در حالی که موشک های استراتوسفر به ارتفاعات بسیار بالاتری می رسند، بیش از 150 کیلومتر. در عکس هایی که از این ارتفاع توسط دستگاهی که روی موشک نصب شده است، شکل کروی زمین از قبل به وضوح قابل مشاهده است.

جالب است که ببینید سرعت پرواز در طول مسیر چگونه تغییر می کند. با خاموش شدن موتور، یعنی پس از 60 ثانیه پرواز، سرعت پرواز به بیشترین مقدار خود می رسد و تقریباً 5500 است. کیلومتر در ساعت، یعنی 1525 متر بر ثانیه. در این لحظه است که قدرت موتور نیز به بالاترین حد خود می رسد و برای برخی راکت ها به 600000 می رسد. ل با.! در ادامه، تحت تأثیر گرانش، سرعت موشک کاهش می یابد و پس از رسیدن به بالاترین نقطه مسیر، به همین دلیل، دوباره شروع به افزایش می کند تا موشک وارد لایه های متراکم جو شود. در طول کل پرواز، به جز بخش بسیار اولیه - شتاب - سرعت موشک به طور قابل توجهی از سرعت صوت بیشتر می شود، سرعت متوسط ​​در طول کل مسیر تقریباً 3500 است. کیلومتر در ساعتو حتی موشکی با سرعت دو و نیم برابر سرعت صوت و برابر با 3000 به زمین می افتد. کیلومتر در ساعت. این بدان معناست که صدای قدرتمند پرواز موشک تنها پس از سقوط شنیده می شود. در اینجا دیگر نمی‌توان نزدیک شدن موشک را با استفاده از آشکارسازهای صوتی که معمولاً در هوانوردی یا نیروی دریایی استفاده می‌شود، شناسایی کرد؛ این به روش‌های کاملاً متفاوتی نیاز دارد. چنین روش هایی مبتنی بر استفاده از امواج رادیویی به جای صدا هستند. از این گذشته، یک موج رادیویی با سرعت نور - بالاترین سرعت ممکن روی زمین - حرکت می کند. این سرعت 300000 کیلومتر بر ثانیه البته برای نشان دادن نزدیک شدن سریعترین موشک به اندازه کافی است.

مشکل دیگری در ارتباط با سرعت بالای پرواز موشک وجود دارد. واقعیت این است که در سرعت های بالای پرواز در جو، به دلیل ترمزگیری و فشرده شدن هوای جاری بر روی موشک، دمای بدنه آن به شدت افزایش می یابد. محاسبات نشان می دهد که دمای دیواره های موشک که در بالا توضیح داده شد باید به 1000-1100 درجه سانتیگراد برسد. با این حال، آزمایش‌ها نشان داده‌اند که در واقعیت این دما به دلیل سرد شدن دیوارها توسط هدایت حرارتی و تشعشع بسیار پایین‌تر است، اما همچنان به 600-700 درجه سانتی‌گراد می‌رسد، یعنی موشک تا گرمای قرمز گرم می‌شود. با افزایش سرعت پرواز موشک، دمای دیواره های آن به سرعت افزایش می یابد و می تواند به مانعی جدی برای افزایش بیشتر سرعت پرواز تبدیل شود. به یاد داشته باشیم که شهاب سنگ ها (سنگ های آسمانی) که با سرعت بسیار زیاد می ترکند تا 100 کیلومتر بر ثانیهدر اتمسفر زمین، به عنوان یک قاعده، "سوختن" و آنچه ما برای یک شهاب سنگ در حال سقوط ("ستاره تیرانداز") می گیریم در واقع تنها لخته ای از گازها و هوای داغ است که در نتیجه حرکت شهاب سنگ ایجاد شده است. شهاب سنگ با سرعت بالا در جو بنابراین، پرواز با سرعت بسیار بالا تنها در لایه های بالایی جو، جایی که هوا رقیق است، یا فراتر از آن امکان پذیر است. هر چه به زمین نزدیکتر باشد، سرعت پرواز مجاز کمتر می شود.

شکل. 30. نمودار موتور موشک.

نمودار موتور موشک در شکل نشان داده شده است. 30. قابل توجه سادگی نسبی این طرح در مقایسه با موتورهای هواپیماهای پیستونی معمولی است. ویژگی خاص موتورهای پیشران مایع عدم وجود تقریباً کامل قطعات متحرک در مدار قدرت موتور است. عناصر اصلی موتور عبارتند از محفظه احتراق، نازل جت، مولد بخار و گاز و واحد توربوپمپ برای تامین سوخت و سیستم کنترل.

در محفظه احتراق، احتراق سوخت رخ می دهد، یعنی انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی تبدیل می شود، و در نازل، انرژی حرارتی محصولات احتراق به انرژی پرسرعت جریانی از گازها تبدیل می شود. موتور به جو نحوه تغییر وضعیت گازها با جریان یافتن آنها در موتور در شکل 1 نشان داده شده است. 31.

فشار در محفظه احتراق 20-21 است آتا، و دما به 2700 درجه سانتیگراد می رسد. مشخصه محفظه احتراق مقدار زیادی گرمایی است که در حین احتراق در واحد زمان در آن آزاد می شود یا به قول خودشان شدت حرارتی محفظه است. از این نظر، محفظه احتراق یک موتور موشک پیشران مایع به طور قابل توجهی نسبت به سایر دستگاه های احتراق شناخته شده در فناوری (کوره های دیگ بخار، سیلندرهای موتورهای احتراق داخلی و غیره) برتری دارد. در این حالت مقدار حرارت آزاد شده در هر ثانیه در محفظه احتراق موتور برای جوشاندن بیش از 1.5 تن آب یخ کافی است! برای اطمینان از اینکه محفظه احتراق با چنین حجم عظیمی از گرمای تولید شده در آن خراب نمی شود، لازم است دیواره های آن و همچنین دیواره های نازل به شدت خنک شوند. برای این منظور، همانطور که در شکل مشاهده می شود. 30، محفظه احتراق و نازل توسط سوخت - الکل خنک می شوند، که ابتدا دیواره های آنها را می شوید، و تنها پس از آن، گرم شده، وارد محفظه احتراق می شود. این سیستم خنک کننده که توسط Tsiolkovsky پیشنهاد شده است نیز مفید است زیرا گرمای حذف شده از دیوارها از بین نمی رود و دوباره به محفظه باز می گردد (به این دلیل گاهی اوقات این سیستم خنک کننده احیا کننده نامیده می شود). اما خنک کننده خارجی دیواره های موتور به تنهایی کافی نیست و برای کاهش دمای دیواره ها به طور همزمان از خنک سازی سطح داخلی آنها استفاده می شود. برای این منظور دیوارها در تعدادی از نقاط دارای حفاری های کوچکی هستند که در چندین تسمه حلقوی قرار گرفته اند تا الکل به داخل محفظه جریان یابد و از طریق این سوراخ ها (حدود 10/1 کل مصرف آن) نازل شود. فیلم سرد این الکل که روی دیوارها جاری و تبخیر می شود، آنها را از تماس مستقیم با شعله مشعل محافظت می کند و در نتیجه دمای دیوارها را کاهش می دهد. با وجود اینکه دمای گازهای شستشوی داخل دیوارها از 2500 درجه سانتیگراد فراتر می رود، دمای سطح داخلی دیوارها همانطور که آزمایشات نشان داده است از 1000 درجه سانتیگراد تجاوز نمی کند.

شکل. 31. تغییر حالت گازهای موتور.

سوخت محفظه احتراق از طریق 18 مشعل پیش محفظه ای که در دیواره انتهایی آن قرار دارند تامین می شود. اکسیژن از طریق نازل های مرکزی وارد پیش محفظه ها می شود و الکل از طریق حلقه ای از نازل های کوچک در اطراف هر پیش محفظه از ژاکت خنک کننده خارج می شود. این امر اختلاط کافی سوخت لازم برای احتراق کامل را در مدت زمان بسیار کوتاهی که سوخت در محفظه احتراق قرار می گیرد (صدم های ثانیه) تضمین می کند.

نازل جت موتور از فولاد ساخته شده است. شکل آن همانطور که در شکل 1 به وضوح مشاهده می شود. 30 و 31، ابتدا یک لوله مخروطی و سپس یک لوله منبسط کننده (به اصطلاح نازل لاوال) است. همانطور که قبلا ذکر شد، نازل های موتورهای موشک پودری به همین شکل است. چه چیزی این شکل نازل را توضیح می دهد؟ همانطور که مشخص است، وظیفه نازل اطمینان از انبساط کامل گاز برای به دست آوردن بالاترین سرعت خروجی است. برای افزایش سرعت جریان گاز از طریق یک لوله، ابتدا باید سطح مقطع آن به تدریج کاهش یابد، که در هنگام جاری شدن مایعات (مثلاً آب) نیز اتفاق می افتد. سرعت گاز فقط تا زمانی افزایش می یابد که با سرعت صوت در گاز برابر شود. افزایش بیشتر سرعت، برخلاف مایع، تنها زمانی امکان پذیر خواهد بود که لوله منبسط شود. این تفاوت بین جریان گاز و جریان مایع به این دلیل است که مایع تراکم ناپذیر است و حجم گاز در هنگام انبساط بسیار افزایش می یابد. در گردن نازل، یعنی در باریک ترین قسمت آن، سرعت جریان گاز همیشه برابر با سرعت صوت در گاز است، در مورد ما حدود 1000 متر بر ثانیه. سرعت اگزوز، یعنی سرعت در قسمت خروجی نازل، 2100-2200 است. متر بر ثانیه(بنابراین رانش خاص تقریباً 220 است کیلوگرم بر ثانیه / کیلوگرم).

سوخت از مخازن به محفظه احتراق موتور تحت فشار با استفاده از پمپ‌هایی که توسط یک توربین هدایت می‌شوند و با آن به یک واحد توربو پمپ ترکیب می‌شوند، تامین می‌شود، همانطور که در شکل مشاهده می‌شود. 30. در برخی از موتورها، سوخت تحت فشار تامین می شود که در مخازن سوخت مهر و موم شده با استفاده از مقداری گاز بی اثر - به عنوان مثال، نیتروژن، ذخیره شده تحت فشار بالا در سیلندرهای مخصوص ایجاد می شود. چنین سیستم تامینی ساده تر از یک سیستم پمپ است، اما، با قدرت موتور به اندازه کافی بالا، سنگین تر است. با این حال، حتی با تامین سوخت پمپ شده در موتوری که توضیح می‌دهیم، مخازن، هم اکسیژن و هم الکل، تحت فشار اضافی از داخل هستند تا عملکرد پمپ‌ها را تسهیل کرده و از مخازن در برابر فروریختن محافظت کنند. این فشار (1.2-1.5 آتا) در مخزن الکل توسط هوا یا نیتروژن، در یک مخزن اکسیژن توسط بخارات اکسیژن در حال تبخیر ایجاد می شود.

هر دو پمپ از نوع گریز از مرکز هستند. توربین که پمپ ها را به حرکت در می آورد بر روی مخلوط بخار و گاز حاصل از تجزیه پراکسید هیدروژن در یک ژنراتور بخار-گاز ویژه کار می کند. پرمنگنات سدیم از یک مخزن مخصوص به این مولد بخار و گاز می رسد که کاتالیزوری است که تجزیه پراکسید هیدروژن را تسریع می کند. هنگامی که یک موشک پرتاب می شود، پراکسید هیدروژن تحت فشار نیتروژن وارد یک مولد بخار و گاز می شود، که در آن یک واکنش تجزیه شدید پراکسید آغاز می شود و بخار آب و اکسیژن گازی آزاد می شود (این به اصطلاح "واکنش سرد" است، که گاهی اوقات برای ایجاد نیروی رانش، به ویژه، در موتورهای موشک پرتاب). مخلوط بخار و گاز با دمای حدود 400 درجه سانتیگراد و فشار بیش از 20 آتا، وارد چرخ توربین می شود و سپس در جو رها می شود. نیروی توربین به طور کامل صرف راندن هر دو پمپ سوخت می شود. این قدرت خیلی کم نیست - در 4000 دور در دقیقه چرخ توربین تقریبا به 500 می رسد. ل با.

از آنجایی که مخلوطی از اکسیژن و الکل یک سوخت خود واکنش دهنده نیست، لازم است نوعی سیستم احتراق برای شروع احتراق فراهم شود. در موتور، احتراق با استفاده از یک جرقه زن مخصوص انجام می شود که یک مشعل شعله را تشکیل می دهد. برای این منظور معمولاً از فیوز آتش سوزی (یک محترقه جامد مانند باروت) استفاده می شد و کمتر از یک جرقه زن مایع استفاده می شد.

موشک به شرح زیر پرتاب می شود. هنگامی که مشعل احتراق مشتعل می شود، دریچه های اصلی باز می شوند که از طریق آنها الکل و اکسیژن توسط نیروی جاذبه از مخازن به داخل محفظه احتراق جریان می یابد. تمام سوپاپ های موتور توسط نیتروژن فشرده ذخیره شده روی موشک در یک باتری از سیلندرهای فشار بالا کنترل می شوند. هنگامی که احتراق سوخت شروع می شود، ناظری که در فاصله ای دور قرار دارد از یک تماس الکتریکی برای روشن کردن منبع پراکسید هیدروژن به مولد بخار و گاز استفاده می کند. توربین شروع به کار می کند که پمپ هایی را به حرکت در می آورد که الکل و اکسیژن را به محفظه احتراق می رسانند. رانش افزایش می یابد و هنگامی که از وزن موشک (12 تا 13 تن) بیشتر می شود، موشک بلند می شود. از لحظه ای که شعله خلبان مشتعل می شود تا زمانی که موتور نیروی رانش کامل ایجاد می کند، تنها 7-10 ثانیه می گذرد.

هنگام راه اندازی، اطمینان از نظم دقیقی که در آن هر دو جزء سوخت وارد محفظه احتراق می شوند، بسیار مهم است. این یکی از وظایف مهم سیستم کنترل و تنظیم موتور است. اگر یکی از اجزاء در محفظه احتراق جمع شود (به دلیل تأخیر در ورود دیگری)، معمولاً یک انفجار رخ می دهد که اغلب باعث خرابی موتور می شود. این، همراه با وقفه های تصادفی در احتراق، یکی از شایع ترین علل تصادفات در طول آزمایش موتور موشک مایع است.

قابل توجه وزن ناچیز موتور در مقایسه با رانشی است که ایجاد می کند. با وزن موتور کمتر از 1000 کیلوگرمتراست 25 تن است، بنابراین وزن مخصوص موتور، یعنی وزن در واحد رانش، تنها برابر است با

برای مقایسه، اشاره می کنیم که یک موتور هواپیمای پیستونی معمولی که توسط یک ملخ کار می کند، وزن مخصوص 1-2 دارد. کیلوگرم بر کیلوگرم، یعنی چندین ده برابر بیشتر. همچنین مهم است که وزن مخصوص موتور موشک سوخت مایع با تغییر سرعت پرواز تغییر نکند، در حالی که وزن مخصوص موتور پیستونی با افزایش سرعت به سرعت افزایش می یابد.

موتور موشک مایع برای هواپیماهای راکتی

شکل. 32. پروژه موتور موشک پیشران مایع با رانش قابل تنظیم.

1 - سوزن متحرک؛ 2 - مکانیسم حرکت سوزن; 3 - تامین سوخت; 4 - تامین اکسید کننده.

نیاز اصلی یک موتور جت مایع هوانوردی، توانایی تغییر نیروی رانشی است که ایجاد می کند مطابق با شرایط پرواز هواپیما، تا توقف و راه اندازی مجدد موتور در هنگام پرواز. ساده ترین و رایج ترین راه برای تغییر تراست موتور، تنظیم سوخت رسانی به محفظه احتراق است که در نتیجه فشار در محفظه و رانش تغییر می کند. با این حال، این روش بی سود است، زیرا هنگامی که فشار در محفظه احتراق کاهش می یابد، به منظور کاهش رانش کاهش می یابد، نسبت انرژی حرارتی سوخت که به انرژی پرسرعت جت تبدیل می شود، کاهش می یابد. این امر منجر به افزایش مصرف سوخت به میزان 1 می شود کیلوگرمرانش، و بنابراین توسط 1 ل با. قدرت، یعنی موتور از نظر اقتصادی کمتر شروع به کار می کند. برای کاهش این عیب، موتورهای موشک پیشران مایع هواپیما اغلب به جای یک محفظه احتراق دارای دو تا چهار محفظه احتراق هستند که باعث می شود هنگام کار با قدرت کاهش یافته، یک یا چند محفظه را خاموش کنند. تنظیم رانش با تغییر فشار در محفظه، یعنی با تامین سوخت، در این مورد حفظ می شود، اما فقط در محدوده کوچکی تا نصف رانش محفظه خاموش استفاده می شود. سودمندترین راه برای تنظیم نیروی رانش موتور موشک با سوخت مایع، تغییر ناحیه جریان نازل آن و کاهش همزمان سوخت است، زیرا در این حالت کاهش در هر ثانیه مقدار گازهای فراری خواهد بود. با ثابت نگه داشتن فشار در محفظه احتراق و بنابراین سرعت اگزوز به دست می آید. چنین تنظیمی در ناحیه جریان نازل می تواند انجام شود، به عنوان مثال، با استفاده از یک سوزن متحرک با مشخصات خاص، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 32، طرحی از یک موتور موشک پیشران مایع با رانش کنترل شده به این روش را به تصویر می کشد.

در شکل شکل 33 یک موتور موشک پیشران مایع هوانوردی تک محفظه را نشان می دهد و شکل 1. 34 - همان موتور موشک پیشران مایع، اما با یک محفظه کوچک اضافی که در حالت پرواز کروز در مواقعی که نیروی رانش کمی مورد نیاز است استفاده می شود. دوربین اصلی به طور کامل خاموش می شود. هر دو محفظه در حالت ماکزیمم کار می کنند و اتاق بزرگتر دارای رانش 1700 است. کیلوگرم،و کوچک - 300 کیلوگرم، بنابراین کل رانش 2000 است کیلوگرم. در غیر این صورت، موتورها از نظر طراحی مشابه هستند.

موتورهای نشان داده شده در شکل. 33 و 34 با سوخت خود اشتعال کار می کنند. این سوخت از پراکسید هیدروژن به عنوان اکسید کننده و هیدرات هیدرازین به عنوان سوخت با نسبت وزنی 3:1 تشکیل شده است. به طور دقیق تر، سوخت ترکیب پیچیده ای است که از هیدرات هیدرازین، متیل الکل و نمک های مس به عنوان کاتالیزور تشکیل شده است که واکنش سریع را تضمین می کند (کاتالیزورهای دیگر نیز استفاده می شوند). عیب این سوخت این است که باعث خوردگی قطعات موتور می شود.

وزن موتور تک محفظه 160 است کیلوگرم، وزن مخصوص است

به ازای هر کیلوگرم نیروی رانش طول موتور - 2.2 متر. فشار در محفظه احتراق حدود 20 است آتا. هنگام کار با حداقل منبع سوخت برای به دست آوردن کمترین نیروی رانش که 100 است کیلوگرم، فشار در محفظه احتراق به 3 کاهش می یابد آتا. دما در محفظه احتراق به 2500 درجه سانتیگراد می رسد، سرعت جریان گاز حدود 2100 است. متر بر ثانیه. مصرف سوخت 8 کیلوگرم در ثانیهو مصرف سوخت ویژه 15.3 است کیلوگرمسوخت برای 1 کیلوگرمرانش در ساعت

شکل. 33. موتور موشک تک محفظه برای هواپیمای راکتی

شکل. 34. موتور موشک هوانوردی دو اتاقک.

شکل. 35. طرح تامین سوخت در موتور موشک پیشران مایع هوانوردی.

نمودار سوخت رسانی به موتور در شکل نشان داده شده است. 35. مانند موتور موشک، سوخت و اکسید کننده که در مخازن جداگانه ذخیره می شود، تحت فشار حدود 40 تامین می شود. آتاپمپ هایی که توسط یک توربین هدایت می شوند. نمای کلی واحد توربو پمپ در شکل 1 نشان داده شده است. 36. توربین بر روی مخلوط بخار و گاز کار می کند که مانند قبل در نتیجه تجزیه پراکسید هیدروژن در ژنراتور بخار-گاز به دست می آید که در این حالت با یک کاتالیزور جامد پر می شود. قبل از ورود به محفظه احتراق، سوخت دیواره های نازل و محفظه احتراق را خنک می کند و در یک ژاکت خنک کننده مخصوص گردش می کند. تغییر در منبع سوخت لازم برای تنظیم نیروی رانش موتور در طول پرواز با تغییر عرضه پراکسید هیدروژن به ژنراتور بخار و گاز حاصل می شود که باعث تغییر در سرعت توربین می شود. حداکثر سرعت توربین 17200 دور در دقیقه است. موتور با استفاده از یک موتور الکتریکی که واحد توربوپمپ را به حرکت در می آورد راه اندازی می شود.

شکل. 36. واحد توربوپمپ یک موتور موشکی پیشران مایع هوانوردی.

1 - دنده محرک از موتور الکتریکی راه اندازی؛ 2 - پمپ برای اکسید کننده; 3 - توربین; 4 - پمپ سوخت; 5 - لوله اگزوز توربین.

در شکل شکل 37 نموداری از نصب یک موتور موشک تک محفظه در بدنه عقب یکی از هواپیماهای آزمایشی موشک را نشان می دهد.

هدف هواپیما با موتورهای جت سوخت مایع با ویژگی های موتور موشک پیشران مایع تعیین می شود - رانش بالا و بر این اساس، قدرت بالا در سرعت های پرواز بالا و ارتفاعات بالا و راندمان کم، یعنی مصرف سوخت بالا. بنابراین، موتورهای سوخت مایع معمولاً بر روی هواپیماهای نظامی - جنگنده-رهگیرها نصب می شوند. وظیفه چنین هواپیمایی این است که با دریافت سیگنالی در مورد نزدیک شدن هواپیماهای دشمن، به سرعت بلند شده و ارتفاع بالایی را که معمولاً این هواپیماها در آن پرواز می کنند به دست آورد و سپس با استفاده از مزیت خود در سرعت پرواز، نبرد هوایی را بر آن تحمیل کند. دشمن. کل مدت زمان پرواز یک هواپیما با موتور سوخت مایع بر اساس میزان سوخت در هواپیما تعیین می شود و 10 تا 15 دقیقه است، بنابراین این هواپیماها معمولاً می توانند عملیات جنگی را فقط در منطقه فرودگاه خود انجام دهند.

شکل. 37. طرح نصب موتور موشک بر روی هواپیما.

شکل. 38. جنگنده راکتی (نمای سه پروجکشن)

در شکل شکل 38 یک جنگنده رهگیر با موتور پیشران مایع که در بالا توضیح داده شد را نشان می دهد. ابعاد این هواپیما نیز مانند سایر هواپیماهای این نوع معمولا کوچک است. وزن کل هواپیما با سوخت 5100 است کیلوگرم; ذخیره سوخت (بیش از 2.5 تن) فقط برای 4.5 دقیقه کارکرد موتور با قدرت کامل کافی است. حداکثر سرعت پرواز - بیش از 950 کیلومتر در ساعت; سقف هواپیما، یعنی حداکثر ارتفاعی که می تواند به آن برسد، 16000 است متر. سرعت صعود هواپیما با این واقعیت مشخص می شود که در 1 دقیقه می تواند از 6 به 12 برسد. کیلومتر.

شکل. 39. طراحی هواپیمای موشکی.

در شکل 39 طراحی هواپیمای دیگری با موتور سوخت مایع را نشان می دهد. این یک هواپیمای اولیه است که برای دستیابی به سرعت پروازی بیش از سرعت صوت (یعنی 1200) ساخته شده است. کیلومتر در ساعتنزدیک زمین). در هواپیما، در قسمت عقب بدنه، یک موتور پیشران مایع نصب شده است که دارای چهار محفظه یکسان با رانش کل 2720 است. کیلوگرم. طول موتور 1400 میلی مترحداکثر قطر 480 میلی متر، وزن 100 کیلوگرم. ذخیره سوخت در هواپیما که از الکل و اکسیژن مایع استفاده می کند 2360 است ل.

شکل. 40. موتور موشک هوانوردی چهار اتاقک.

شکل ظاهری این موتور در شکل نشان داده شده است. 40.

سایر کاربردهای موتورهای موشک پیشران مایع

در کنار استفاده اصلی از موتورهای سوخت مایع به عنوان موتور موشک های دوربرد و هواپیماهای راکتی، در حال حاضر در تعدادی از موارد دیگر استفاده می شود.

موتورهای موشک مایع به طور گسترده ای به عنوان موتور برای پرتابه های سنگین موشک استفاده می شوند، مشابه آنچه در شکل نشان داده شده است. 41. موتور این پرتابه می تواند به عنوان نمونه ای از یک موتور موشک ساده باشد. سوخت (بنزین و اکسیژن مایع) تحت فشار گاز خنثی (نیتروژن) به محفظه احتراق این موتور می رسد. در شکل 42 نمودار یک موشک سنگین را نشان می دهد که به عنوان یک پرتابه قدرتمند ضد هوایی استفاده می شود. نمودار ابعاد کلی موشک را نشان می دهد.

موتورهای موشک مایع نیز به عنوان موتورهای راه اندازی هواپیما استفاده می شوند. در این مورد، گاهی اوقات از واکنش تجزیه پراکسید هیدروژن در دمای پایین استفاده می شود، به همین دلیل است که به چنین موتورهایی "سرد" می گویند.

مواردی از استفاده از موتورهای موشک مایع به عنوان شتاب دهنده برای هواپیماها، به ویژه هواپیماهای با موتورهای توربوجت وجود دارد. در این حالت گاهی اوقات پمپ های سوخت رسانی از محور موتور توربوجت به حرکت در می آیند.

در کنار موتورهای پودری، از موتورهای سوخت مایع نیز برای پرتاب و شتاب دادن وسایل نقلیه پرنده (یا مدل های آنها) با موتورهای رم جت استفاده می شود. همانطور که مشخص است، این موتورها رانش بسیار بالایی در سرعت های پروازی بالا، بالاتر از سرعت صوت ایجاد می کنند، اما در هنگام برخاستن به هیچ وجه تراست ایجاد نمی کنند.

در پایان لازم است به یکی دیگر از کاربردهای موتورهای موشک پیشران مایع اشاره کنیم که اخیراً صورت گرفته است. مطالعه رفتار یک هواپیما در سرعت های پروازی بالا، نزدیک شدن و فراتر رفتن از سرعت صوت، نیازمند کار تحقیقاتی جدی و پرهزینه است. به طور خاص، تعیین مقاومت بال های هواپیما (پروفایل) ضروری است که معمولاً در تونل های باد ویژه انجام می شود. برای ایجاد شرایطی در چنین لوله هایی که مطابق با پرواز هواپیما با سرعت بالا باشد، وجود نیروگاه های بسیار بالا برای به حرکت درآوردن فن هایی که جریان را در لوله ایجاد می کنند، ضروری است. در نتیجه ساخت و بهره برداری از لوله ها برای آزمایش در سرعت های مافوق صوت مستلزم هزینه های هنگفتی است.

اخیراً همزمان با ساخت لوله‌های مافوق صوت، مشکل بررسی پروفیل‌های مختلف بال هواپیماهای پرسرعت و همچنین آزمایش جت‌های رم جت نیز با کمک جت‌های پیشران مایع در حال حل شدن است.

شکل. 41. پرتابه موشک با موتور پیشران مایع.

موتورها بر اساس یکی از این روش ها، پروفیل مورد مطالعه بر روی یک موشک دوربرد با موتور موشک پیشران مایع، مشابه آنچه در بالا توضیح داده شد، نصب می شود و تمام قرائت ها از ابزارهایی که مقاومت پروفیل را در پرواز اندازه می گیرند، منتقل می شود. به زمین با استفاده از دستگاه های رادیویی تله متری.

شکل. 42. نمودار طراحی پرتابه ضد هوایی قدرتمند با موتور موشک.

7 - سر رزم؛ 2 - سیلندر نیتروژن فشرده; 3 - مخزن با اکسید کننده; 4 - مخزن سوخت; 5- موتور جت سوخت مایع.

روش دیگر ساخت یک گاری موشک ویژه است که با استفاده از موتور موشک پیشران مایع در امتداد ریل حرکت می کند. نتایج آزمایش یک پروفیل نصب شده بر روی چنین چرخ دستی در مکانیزم توزین مخصوص توسط ابزارهای اتوماتیک ویژه ای که روی چرخ دستی نیز قرار دارند ثبت می شود. چنین گاری موشکی در شکل نشان داده شده است. 43. طول مسیر راه آهن می تواند به 2-3 برسد کیلومتر.

شکل. 43. گاری موشک برای آزمایش پروفیل بال هواپیما.

نویسنده زولوتنیتسکی ولادیمیر

موتور در همه حالت‌ها به‌طور ناپایدار کار می‌کند نقص در سیستم احتراق، فرسودگی و آسیب به کربن تماس، آویزان شدن آن در درپوش توزیع کننده احتراق. نشت جریان به زمین از طریق رسوبات کربن یا رطوبت در سطح داخلی پوشش. مخاطب را جایگزین کنید

برگرفته از کتاب کشتی جنگی "پیتر بزرگ" نویسنده

موتور در دورهای پایین موتور به طور ناپایدار کار می کند یا در دور آرام متوقف می شود. خرابی کاربراتور سطح سوخت کم یا زیاد در محفظه شناور. سطح پایین به معنای پخش صداها در کاربراتور، سطح بالا به معنای صدای بیرون آمدن صدا در صدا خفه کن است. روی اگزوز

برگرفته از کتاب رزمناو ناوارین نویسنده آربوزوف ولادیمیر واسیلیویچ

موتور به طور معمول در دور آرام کار می کند، اما ماشین به آرامی و با "افت" شتاب می گیرد. پاسخ ضعیف موتور اشکالات سیستم جرقه زنی شکاف بین کنتاکت های شکن تنظیم نشده است. زاویه حالت بسته کنتاکت ها را تنظیم کنید

برگرفته از کتاب هواپیماهای جهان 2000 02 نویسنده نویسنده ناشناس

موتور "ترویت" - یک یا دو سیلندر کار نمی کند. نقص در سیستم احتراق. عملکرد ناپایدار موتور در سرعت های کم و متوسط. افزایش مصرف سوخت. اگزوز دود آبی است. صداهای منتشر شده دوره ای تا حدودی خفه می شوند که به ویژه خوب هستند

برگرفته از کتاب World of Aviation 1996 02 نویسنده نویسنده ناشناس

هنگامی که دریچه های گاز به شدت باز می شوند، موتور به طور متناوب کار می کند، مکانیسم توزیع گاز خراب است، فاصله سوپاپ ها تنظیم نمی شود. هر 10 هزار کیلومتر (برای VAZ-2108، -2109 بعد از 30 هزار کیلومتر) فاصله سوپاپ را تنظیم کنید. با کاهش

از کتاب سرویس و تعمیر Volga GAZ-3110 نویسنده زولوتنیتسکی ولادیمیر آلکسیویچ

موتور در دورهای متوسط ​​و زیاد میل لنگ به صورت ناهموار و ناپایدار کار می کند اشکال در سیستم جرقه زنی تنظیم نادرست شکاف تماس شکن. برای تنظیم دقیق فاصله بین کنتاکت ها، خود شکاف و حتی قدیمی را اندازه گیری نکنید.

برگرفته از کتاب موتورهای موشکی نویسنده گیلزین کارل الکساندرویچ

برنامه های کاربردی چگونه "پیتر بزرگ" سازماندهی شد 1 . قابلیت دریانوردی و مانورپذیری طیف وسیعی از آزمایشات انجام شده در سال 1876 قابلیت دریایی زیر را نشان داد. ایمنی ناوبری اقیانوس "پیتر کبیر" نگرانی را برانگیخت و گنجاندن آن در کلاس مانیتورها

از کتاب موتورهای جت هوا نویسنده گیلزین کارل الکساندرویچ

نحوه ساخت ناو جنگی «ناوارین» بدنه کشتی جنگی حداکثر 107 متر طول (طول بین عمودها 105.9 متر) داشت. عرض 20.42، پیش نویس طرح 7.62 متر کمان و 8.4 عقب و از 93 قاب (گسترش 1.2 متر) مونتاژ شد. قاب ها استحکام طولی و کامل را ارائه کردند

برگرفته از کتاب تاریخچه مهندسی برق نویسنده تیم نویسندگان

Su-10 اولین جت بمب افکن دفتر طراحی P.O. سوخوی نیکولای گوردیوکوواپس از جنگ جهانی دوم، عصر هوانوردی جت آغاز شد. تجهیز مجدد نیروهای هوایی شوروی و خارجی به جنگنده با موتورهای توربوجت بسیار سریع انجام شد. با این حال، ایجاد

از کتاب نویسنده

از کتاب نویسنده

موتور در سرعت های پایین میل لنگ به طور ناپایدار کار می کند یا در حالت بیکار متوقف می شود. 9. پیچ های تنظیم کاربراتور: 1 – پیچ تنظیم عملیاتی (پیچ مقدار). 2 – پیچ ترکیب مخلوط، (پیچ با کیفیت) دارای محدود کننده

از کتاب نویسنده

موتور در همه حالت ها ناپایدار است

از کتاب نویسنده

نحوه ساختار و عملکرد موتور موشک پودری عناصر اصلی ساختاری موتور موشک پودری مانند هر موتور موشک دیگری، محفظه احتراق و نازل است (شکل 16) با توجه به اینکه تامین باروت مانند هر سوخت جامد به طور کلی، به محفظه

از کتاب نویسنده

سوخت موتور جت سوخت مایع مهم ترین خواص و ویژگی های موتور جت سوخت مایع و طراحی آن در درجه اول به سوخت مورد استفاده در موتور بستگی دارد.نیاز اصلی سوخت برای موتور موشک پیشران مایع

از کتاب نویسنده

فصل پنجم موتور جت ضربان دار در نگاه اول، امکان ساده سازی قابل توجه موتور هنگام حرکت به سمت سرعت های پروازی بالا عجیب و شاید حتی باورنکردنی به نظر می رسد. کل تاریخ هوانوردی هنوز برعکس صحبت می کند: مبارزه

از کتاب نویسنده

6.6.7. دستگاه های نیمه هادی در درایوهای الکتریکی. مبدل سیستم تریستور - موتور (TP - D) و منبع فعلی - موتور (IT - D) در سال های پس از جنگ، در آزمایشگاه های پیشرو جهان پیشرفتی در زمینه الکترونیک قدرت ایجاد شد که به طور اساسی تغییر کرد. زیاد

از تمرینات روزمره مشخص است که در یک موتور احتراق داخلی، کوره دیگ بخار - هر جا که احتراق اتفاق می افتد، اکسیژن اتمسفر فعال ترین قسمت را می گیرد. بدون آن احتراق وجود ندارد. در فضای بیرونی هوا وجود ندارد، بنابراین برای کارکرد موتورهای موشک، داشتن سوخت حاوی دو جزء - سوخت و اکسید کننده ضروری است.

موتورهای موشک ترموشیمیایی مایع از الکل، نفت سفید، بنزین، آنیلین، هیدرازین، دیمستیل هیدرازین و هیدروژن مایع به عنوان سوخت و از اکسیژن مایع، پراکسید هیدروژن، اسید نیتریک و فلوئور مایع به عنوان عامل اکسید کننده استفاده می کنند. سوخت و اکسید کننده برای موتورهای موشک مایع به طور جداگانه، در مخازن مخصوص ذخیره می شود و تحت فشار یا با استفاده از پمپ ها به محفظه احتراق عرضه می شود، جایی که وقتی آنها با هم ترکیب می شوند، دمای 3000 - 4500 درجه سانتیگراد ایجاد می شود.

محصولات احتراق، در حال گسترش، سرعت 2500-4500 متر بر ثانیه را به دست می آورند و نیروی رانش جت را ایجاد می کنند. هر چه جرم و سرعت گازها بیشتر باشد، نیروی رانش موتور بیشتر می شود. پمپ ها سوخت سر موتور را تامین می کنند که تعداد زیادی انژکتور در آن نصب شده است. از طریق برخی از آنها یک اکسید کننده به محفظه تزریق می شود، از طریق دیگران - سوخت. در هر خودرویی هنگام سوختن سوخت، جریان های حرارتی بزرگی تشکیل می شود که دیواره های موتور را گرم می کند. اگر دیوارهای محفظه را خنک نکنید، مهم نیست که از چه ماده ای ساخته شده باشد، به سرعت می سوزد. موتورهای موشک مایع معمولاً توسط یکی از اجزای سوخت خنک می شوند. برای این منظور محفظه دو جداره ساخته می شود. یک جزء سوخت در شکاف بین دیوارها نشت می کند.

یک تکانه رانش ویژه بزرگ توسط موتوری که با اکسیژن مایع و هیدروژن مایع کار می کند ایجاد می شود. در جریان جت این موتور، گازها با سرعت کمی بیش از 4 کیلومتر بر ثانیه سرازیر می شوند. 2

دمای جت حدود 3000 درجه سانتیگراد است و از بخار آب فوق گرم تشکیل شده است که از احتراق هیدروژن در اکسیژن تشکیل می شود. داده های اساسی در مورد سوخت های معمولی برای موتورهای موشک مایع (روی زمین) در جدول آورده شده است.

چگالی سوخت اکسیدکننده، کیلوگرم بر متر مکعب ضربه رانش ویژه، گرمای ویژه احتراق، کیلوژول بر کیلوگرم

نیتریک اسید نفت سفید 1400 2900 6100

اکسیژن مایع نفت سفید 1036 3283 9200

اکسیژن مایع هیدروژن مایع 345 4164 13400

اکسیژن مایع دی متیل هیدرازین 1000 3381 9200

فلورین مایع Hydrazine 1312 4275 9350

ویژگی های اصلی سوخت مایع موشک

اما اکسیژن، همراه با تعدادی از مزایا، یک نقطه ضعف نیز دارد - در دمای معمولی یک گاز است. واضح است که استفاده از اکسیژن گازی در موشک غیرممکن است، زیرا در این حالت باید تحت فشار بالا در سیلندرهای عظیم ذخیره شود. بنابراین، Tsiolkovsky، که اولین کسی بود که اکسیژن را به عنوان جزئی از سوخت موشک پیشنهاد کرد، در مورد اکسیژن مایع صحبت کرد. برای تبدیل اکسیژن به مایع، باید آن را تا دمای 183- درجه سانتیگراد سرد کرد. با این حال، اکسیژن مایع به راحتی و به سرعت تبخیر می شود، حتی اگر در ظروف مخصوص عایق حرارت ذخیره شود. بنابراین، برای مثال، نگه داشتن موشک مجهز به مدت طولانی غیرممکن است که موتور آن با اکسیژن مایع کار می کند. لازم است بلافاصله قبل از پرتاب، مخزن اکسیژن چنین موشکی سوخت گیری شود.

اسید نیتریک این عیب را ندارد و بنابراین یک عامل اکسید کننده "حفظ کننده" است. این موضوع موقعیت قوی آن را در فناوری موشک، علیرغم انگیزه رانش ویژه کمتری که ارائه می کند، توضیح می دهد.

سمت چپ - موتور موشک سوخت جامد (SFRM)

سمت راست - موتور موشک هیبریدی

استفاده از فلوئور، قوی ترین عامل اکسید کننده شناخته شده در شیمی، کارایی موتورهای موشک پیشران مایع را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. درست است، فلوئور مایع به دلیل سمیت و نقطه جوش کم (188- درجه سانتیگراد) برای استفاده ناخوشایند است. اما این کار دانشمندان موشکی را متوقف نمی کند: موتورهای فلوئور تجربی در حال حاضر وجود دارند. F.A. Zander استفاده از فلزات سبک را به عنوان سوخت - لیتیوم، بریلیم و غیره، به ویژه به عنوان یک افزودنی به سوخت معمولی، به عنوان مثال هیدروژن-اکسیژن، پیشنهاد کرد. چنین "ترکیبات سه گانه" قادر به ارائه بالاترین سرعت ممکن برای سوخت های شیمیایی، تا 5 کیلومتر بر ثانیه هستند. اما این احتمالاً محدودیت منابع شیمیایی است. او عملاً هنوز نمی تواند بیشتر از این کار کند.

راندمان یک سیستم محرکه (PS) با موتور موشک پیشران مایع با افزایش ضربه رانش ویژه و چگالی سوخت افزایش می‌یابد. علاوه بر این، اخیراً تقاضاهای بیشتری در مورد پاکیزگی محیطی خود اجزای سوخت و محصولات احتراق آنها مطرح شده است. در حال حاضر، اکسیژن مایع و هیدروژن مایع بهترین سوخت های بسیار کارآمد و سازگار با محیط زیست هستند. با این حال، چگالی بسیار کم هیدروژن مایع (فقط 70 کیلوگرم بر متر مکعب) امکان استفاده از آن را به طور قابل توجهی محدود می کند. بهترین اجزای سوخت برای سیستم پیشرانه مرحله اول، اکسیژن مایع و سوخت هیدروکربنی است. تا به حال، نفت سفید اغلب به عنوان سوخت هیدروکربنی (HCF) استفاده می شود. با این حال، نفت سفید دارای معایبی است و به همین دلیل استفاده از متان (CH4)، پروپان (C3H8) و گاز طبیعی مایع مورد توجه قرار گرفته است.

1 - محفظه احتراق

3 - توربین

4 - پمپ اکسید کننده

5 - پمپ بنزین

7 - مولد گاز

نمودار LPRE بدون احتراق گاز ژنراتور گازی

افزایش فشار در محفظه احتراق دومین راه مهم برای افزایش ویژگی های انرژی موتور موشک پیشران مایع است. افزایش فشار در محفظه های موتور موشک پیشران مایع نیز به کاهش ابعاد کلی نیروگاه کمک می کند. لازم به ذکر است که با استفاده از نازل نازل جمع شونده (نازل دو حالته) می توان به افزایش ضربه رانش ویژه موتور موشک سوخت مایع، کاهش ابعاد کلی موتورها و در کل حامل دست یافت. ، یعنی با استفاده از یک نازل با جبران ارتفاع

1 - محفظه احتراق

2 - خط لوله گاز

3 - توربین

4 - پمپ اکسید کننده

5 - پمپ بنزین

6 - پمپ مولد سوخت

7 - مولد گاز

نمودار LPRE با پس از احتراق گاز ژنراتور گازی

اگرچه ما داستان را با یک موتور موشک سوخت مایع شروع کردیم، باید گفت که اولین موتوری که ساخته شد یک موتور موشک سوخت جامد ترموشیمیایی - یک TTRD بود. سوخت - باروت مخصوص - مستقیماً در محفظه احتراق قرار دارد. یک محفظه با یک نازل جت - این کل طراحی است. موتورهای موشک سوخت جامد مزایای زیادی نسبت به موتورهای سوخت مایع دارند: ساخت آنها آسان است، می توان آنها را برای مدت طولانی نگهداری کرد، همیشه آماده عمل هستند و ضد انفجار هستند. اما از نظر ضربه رانش خاص، موتورهای موشک سوخت جامد 10 تا 30 درصد کمتر از موتورهای پیشران مایع هستند.

دانشمندان مؤسسه دولتی شیمی کاربردی تحت رهبری V.S. Shpak در شهر لنینگراد سال هاست که سوخت های داخلی را توسعه می دهند. استفاده از وسایل نقلیه پرتاب خارجی:

سوخت جامد مخلوط بر پایه لاستیک پلی بوتادین (NTRV)؛

سوخت جامد مخلوط بر پایه لاستیک پلی بوتادین اکریلونیتریل (PBAN).

تحت تأثیر افکار F.A. Zander و K.E. Tsiolkovsky، و همچنین چشم اندازهای فنی مطلوب در ایجاد موتورهای سوخت مایع، محاسبه شده هنگام محاسبه ویژگی های پرواز هواپیما با موتورهای سوخت مایع، کارشناسان شوروی به این نتیجه رسیدند که محدودیت های استفاده از موتورهای پیستونی از نظر سرعت و ارتفاع وجود دارد. می توان با استفاده از موتورهای پیشران مایع غلبه کرد.

موتور موشک مایع موتور موشکی است که با اجزای سوخت مایع کار می کند. در حالت کلی، یک موتور پیشران مایع شامل یک یا چند محفظه، واحدهای سیستم تغذیه و اتوماسیون، دستگاه‌هایی برای ایجاد نیروها و ممان‌های کنترل، یک قاب، خطوط و دستگاه‌ها و واحدهای کمکی است. واحدهای اتوماسیون LRE در مجموعه ای از دستگاه ها گنجانده شده اند که کنترل، تنظیم و نگهداری LRE را فراهم می کنند. موتور موشک هواپیمای موشکی Tsiolkovsky

یک سیستم محرکه با موتور موشک پیشران مایع از بخش های اصلی زیر تشکیل شده است: یک یا چند موتور موشک پیشران مایع، مخازن با یک سیال در حال کار، واحدهایی برای مخازن سوخت تحت فشار یا تامین سوخت جابجایی، درایوهای فرمان، خطوط اتصال موتورها با مخازن. و دستگاه های کمکی، اتوماسیون طراحی شده برای تنظیم اجزای جداگانه موتور موشک و سیستم رانش به عنوان یک کل.

برای به کار انداختن یک موتور پیشران مایع، وجود سیالات کاری در هواپیما ضروری است که قادر به وارد شدن به واکنش های شیمیایی گرمازا باشند، به عنوان مثال. واکنش هایی که گرما را آزاد می کنند. اگر گرما در نتیجه تجزیه یک ماده آزاد شود، آنگاه از سوخت واحد صحبت می کنیم. رایج ترین آنها سوخت های دو جزئی هستند که سوخت و اکسید کننده آنها فقط در محفظه احتراق مخلوط می شوند.

سوخت موتورهای موشک مایع باید تعدادی از الزامات جدی و گاه متناقض را برآورده کند. یکی از الزامات اصلی، گرمای ویژه احتراق یا ارزش حرارتی است. اثر حرارتی واکنش برای 1 کیلوگرم سوخت یا سوخت به طور کلی. اگر اجزای سوخت همچنان حاوی اتم‌های بالاست باشند که در واکنش‌ها شرکت نمی‌کنند، گرمای ویژه احتراق ممکن است برای به دست آوردن نرخ‌های بالای جریان محصولات واکنش کافی نباشد.

یکی دیگر از نیازهای سوخت موتور موشک پیشران مایع این است که واکنش منجر به تشکیل مخلوط گازی با حداقل وزن مولکولی نسبی شود. همانطور که از قانون بقای انرژی بر می آید، برای همان انرژی عرضه شده، موادی با جرم مولکولی نسبی کمتر، سرعت جریان بیشتری دارند.

الزامات موتورهای موشک پیشران مایع این است که سوخت در حالت مایع باید چگالی بالا، مقاومت در برابر خوردگی در برابر مواد ساختاری، سمیت و حساسیت ضربه ای داشته باشد.

تعدادی الزامات دیگر نیز وجود دارد، اما حتی با مقایسه موارد ذکر شده، مشخص است که انتخاب صحیح اجزای سوخت چقدر مهم است. با توجه به الزامات متفاوتی که بر روی هواپیماها و در نتیجه موتورهای پیشران مایع آنها اعمال می شود، از مواد شیمیایی متفاوتی استفاده می شود. استفاده به ویژه از اجزای تهاجمی سمی کم جوش باعث ایجاد تعدادی از مشکلات اضافی در ایجاد و عملکرد محصولات می شود. با این حال، هنوز هم می توان بر اکثر مشکلات غلبه کرد.

هیدروکربن ها، هیدروژن و غیره به عنوان سوخت در موتورهای موشک مایع استفاده می شوند. از اکسیژن، اسید نیتریک، پراکسید هیدروژن و غیره به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده می شود.

در برخی موارد، برای سهولت در راه اندازی موتور، از اجزای خود اشتعالی استفاده می شود که به طور فعال با یکدیگر تعامل دارند. ضربان خاص موتورهایی که از سوخت های خود اشتعال استفاده می کنند از 3500 متر بر ثانیه تجاوز نمی کند.

بیایید نگاهی دقیق تر به برخی از عناصر موتور بیندازیم. در محفظه احتراق یک موتور پیشران مایع، فرآیندهای تبخیر، جابجایی و احتراق اجزای سوخت رخ می دهد. سر محفظه احتراق مجهز به تعداد زیادی نازل است که از طریق آنها مایع به قطرات کوچک پاشیده می شود. این امر شدت تبخیر و اختلاط بخارات اجزای سوخت با یکدیگر را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد که باعث می شود طول محفظه مورد نیاز برای احتراق کامل کاهش یابد. از آنجایی که از سوخت های بسیار کارآمد استفاده می شود، دمای گازهای داخل محفظه می تواند بیش از 3000 درجه باشد. محفظه های موتور نسبتا سبک و فشرده ساخته شده اند. یک جریان حرارتی قدرتمند بر روی دیواره های محفظه، معمولاً به شکل استوانه ای عمل می کند. برای محافظت از دیواره های اتاقک از تخریب، آنها باید به شدت خنک شوند. برای این منظور ژاکت های دوربین دوتایی ساخته می شوند. یکی از اجزای سوخت به داخل حفره بین دیواره های پوسته بیرونی و داخلی وارد می شود. مایع از طریق شکاف بین پوسته ها در امتداد کل محفظه جریان می یابد، گرم می شود و گرمای وارد شده از سمت آتش محفظه را می برد. جزء گرم شده از طریق نازل ها به داخل محفظه احتراق تزریق می شود. از نظر ساختاری، دیواره‌های محفظه‌های احتراق موتورهای مختلف یا به‌صورت دو سیلندر که توسط درج‌های داخلی به یکدیگر متصل شده‌اند، ساخته می‌شوند که جزء خنک‌کننده از آن عبور می‌کند و غیره. با این حال، گاهی اوقات چنین خنک کننده خارجی کافی نیست و دمای گاز باید در دیواره داخل محفظه احتراق کاهش یابد. این معمولاً با تأمین بخشی از سوخت مستقیماً به لایه دیوار حاصل می شود. برای محفظه های موتور موشک با سوخت مایع که برای مدت زمان بسیار کوتاهی کار می کنند، گاهی اوقات از خنک کننده خاصی استفاده نمی شود و گرمای ورودی به دیواره های محفظه صرف گرم کردن ساختار محفظه نسبتاً عظیم می شود.

یک موتور موشک پیشران مایع ممکن است یک یا چند محفظه داشته باشد. بسته به هدف موتور و بزرگی نیروی رانش آن، قطر و طول محفظه ها در محدوده وسیعی متفاوت است. محفظه موتور موشک سوخت مایع از یک سر مخلوط با نازل، یک محفظه احتراق و یک نازل تشکیل شده است. باریک ترین قسمت نازل که گاز به سرعت صوت می رسد، بخش بحرانی نامیده می شود. در ناحیه بخش بحرانی، دیواره‌های نازل باید با شدت بیشتری نسبت به قسمت‌های تحت فشار حرارتی محفظه موتور خنک شوند. در قسمت مافوق صوت نازل، گرمای دیوارها به حدی کاهش می یابد که می توان قسمت های انتهایی نازل را بدون خنک کننده مایع ساخت.

برنج. 1. نمودار موتور موشک مایع.

انبساط نازل به طور قابل توجهی بر ضربه خاص تأثیر می گذارد و به نسبت فشار در موتور و محیط بستگی دارد.

توسعه موتورهای موشک سوخت مایع تقریباً به قرن 19 و 20 برمی گردد. در این دوره، پایه های نظریه رانش جت و مکانیک اجسام با جرم متغیر گذاشته شد. در توسعه این موضوعات، نقش دانشمندان برجسته روسی N.E. ژوکوفسکی (1847-1921)، I.V. مشچرسکی (1859-1935) و دیگران.

با این حال، بزرگترین کمک به توسعه مشکلات رانش جت، کار دانشمند مشهور روسی K.E. تسیولکوفسکی (1857-1935) به درستی بنیانگذار کیهان نوردی مدرن و فناوری موشکی به حساب می آید. پس از علاقه مند شدن به مشکلات پیشرانه جت در سال 1883، K.E. Tsiolkovsky در سال 1903 منتشر شد. کار "اکتشاف فضاهای جهان توسط ابزارهای واکنشی" که متعاقباً شهرت جهانی پیدا کرد. در این کار، Tsiolkovsky اصول دینامیک موشک را تشریح کرد و موشک را وسیله ای برای پرواز فضایی توصیف کرد. طرح موتور موشک سوخت مایع که او پیشنهاد کرد، مبنایی برای تحولات انجام شده توسط پیروانش شد. اظهارات وی در مورد انتخاب سوخت و برخی از ویژگی های طراحی چنین موتوری نبوی بود. Tsiolkovsky پیشنهاد کرد: سوخت های اکسیژن-هیدروکربن و اکسیژن-هیدروژن. خنک کننده احیا کننده محفظه احتراق و نازل موتور با اجزای سوخت مایع؛ عایق سرامیکی این عناصر ساختاری؛ ذخیره سازی و پمپاژ جداگانه اجزای سوخت به سر اختلاط محفظه با احتراق بعدی. کنترل بردار رانش با چرخش خروجی نازل و سکان گاز. آنها اهمیت فوق العاده دبی بالای سیال کار از موتور را نشان دادند و راه های افزایش آن را شرح دادند.

اولین پیروان Tsiolkovsky در کشور ما دانشمندان و مخترعان با استعداد Yu.V. کوندراتیوک (1897-1942)، F.A. Zander (1887-1933) و V.P. Glushko (1908-1989).

Yu.V. Kondratyuk مستقل از Tsiolkovsky کار می کرد. مطالعه نظری اصلی او، "فتح فضاهای بین سیاره ای" (1929)، تا حدی کار تسیولکوفسکی را تکرار و تکمیل کرد، و برخی از سوالات راه حل جدیدی پیدا کردند. به ویژه، کوندراتیوک برخی از فلزات و ترکیبات هیدروژنی آنها را به عنوان سوخت موتورها پیشنهاد کرد.

اف. زندر حتی در دوران دانشجویی آثار تسیولکوفسکی را مطالعه کرد و به مسائل پرواز فضایی علاقه مند بود. در سال 1924 او ایده اصلی خود را بیان کرد - ترکیب یک موشک با یک هواپیما برای بلند شدن از زمین و سپس سوزاندن قطعات فلزی هواپیما به عنوان سوخت برای موتور جت. Zander مطالعات نظری در مورد مسائل مختلف موتورهای تنفس هوا و موشک انجام داد و کار بر روی اجرای عملی آنها را آغاز کرد.

V.P. گلوشکو حتی در جوانی به مسائل فضانوردی علاقه مند بود. در نامه ای به Tsiolkovsky به تاریخ 26 سپتامبر 1923. او نوشت که بیش از 2 سال است که درگیر ایده سفر بین سیاره ای بوده است. از سال 1924 گلوشکو شروع به انتشار آثار علمی و علمی رایج در مورد موشک و فناوری فضایی می کند. در سال 1930 گلوشکو اسید نیتریک، مخلوطی از اسید نیتریک با تتروکسید نیتروژن، تترانیترومتان، پراکسید هیدروژن، مخلوطی از فلوئور و اکسیژن، سوخت سه جزئی و غیره را به عنوان اجزای سوخت موشک پیشنهاد کرد؛ عایق حرارتی سرامیکی محفظه احتراق با دی اکسید زیرکونیوم توسعه یافت. . در سال 1931 گلوشکو پیشنهاد داد و در سال 1933. اشتعال شیمیایی و سوخت خود اشتعال را معرفی کرد. در همان زمان، یک نازل پروفیل، یک پایه موتور کاردان برای کنترل پرواز موشک، و طراحی یک واحد توربوپمپ با پمپ‌های سوخت گریز از مرکز توسعه یافت.

گلوشکو مطالعات نظری و تجربی متعددی را در مورد مهمترین مسائل ایجاد و توسعه موتورهای سوخت مایع انجام داد، تعداد زیادی طرح موتور از اولین موتورهای موشک آزمایشی داخلی (ORM) تا آخرین مدل‌های پرواز به فضا را توسعه داد. گلوشکو به عنوان یکی از پیشگامان فناوری موشک، به حق بنیانگذار صنعت موتور موشک داخلی در نظر گرفته می شود.

به همان روشی که Tsiolkovsky، اما دیرتر از او، به ایده ساخت موشک با موتورهای سوخت مایع در کشورهای خارجی نزدیک شدند.

Tsiolkovsky کار آزمایشی در مورد ایجاد موتورهای موشکی سوخت مایع انجام نداد. این مشکل توسط شاگردان و پیروان او چه در اتحاد جماهیر شوروی و چه در خارج از کشور حل شد.

در ایالات متحده آمریکا، کار آزمایشی توسط R. Goddard (1882-1945) آغاز شد که راه حل های فنی مختلفی را در زمینه ایجاد موتورهای موشکی و راکت مایع با آنها پیشنهاد کرد.

در ایالات متحده آمریکا قبلاً در سال 1921. گدارد آزمایش‌های نیمکتی یک موتور موشک پیشران مایع آزمایشی را انجام داد که با سوخت اکسیژن اتر کار می‌کرد. 16 مارس 1926 او اولین پرتاب موشک آزمایشی پیشران مایع را انجام داد.

در آلمان، آزمایش‌های رومیزی موتورهای موشک سوخت مایع توسط اوبرث در سال 1929 و آزمایش‌های پروازی موشک‌های سوخت مایع توسط وینکلر در سال 1931 آغاز شد. از سال 1937 تحت رهبری ورنر فون براون، قوی ترین موشک در آن زمان، V-2، توسعه یافت، آزمایشات پروازی آن در سال 1942 آغاز شد.

در اتحاد جماهیر شوروی، آغاز کار آزمایشی بر روی اجرای ایده های تسیولکوفسکی به 15 مه 1929 برمی گردد، زمانی که اولین واحد طراحی آزمایشی برای توسعه موشک ها و موتورهای موشک الکتریکی و مایع برای آنها به عنوان بخشی از دینامیک گاز ایجاد شد. آزمایشگاه در لنینگراد و شروع به فعالیت های عملی کرد. او ریاست بخش گلوشکو را بر عهده داشت. در این واحد در دهه 30. خانواده ای از موتورهای آزمایشی موشک پیشران مایع با رانش بین 60 تا 300 کیلوگرم ایجاد شد که بر روی اکسید کننده ها و سوخت های مایع مختلف کار می کردند. موتورها ORM (موتور آزمایشی موشک) نامگذاری شدند.

اولین موتور آزمایشی موشک پیشران مایع شوروی ORM-1 در سالهای 1930-1931 توسعه و ساخته شد. سوخت موتور تتروکسید نیتروژن و تولوئن یا اکسیژن مایع و بنزین است. هنگام آزمایش بر روی سوخت اکسیژن، ORM-1 نیروی رانش را تا 20 کیلوگرم برf توسعه داد.

برنج. 2. اولین موتور داخلی راکت پیشران مایع ORM-1.

در دوره 1930-1933. مجموعه ای از موتورهای سوخت مایع از ORM-1 تا ORM-52 در GDL ایجاد شد. قوی ترین موتور موشک مایع ORM-52 روی اسید نیتریک و نفت سفید کار می کرد و نیروی رانش را تا 250 ... 300 کیلوگرم در فشار در محفظه احتراق 2 ... 2.5 مگاپاسکال توسعه می داد.

در GDL، بسیاری از مسائل عملی ایجاد موتورهای موشک پیشران مایع برای اولین بار با موفقیت حل شد و مسیرهای توسعه بیشتر مشخص شد.

مشکلات فناوری موشک که توجه گسترده ای را به خود جلب کرد، توسط بسیاری از علاقه مندان شوروی به صورت داوطلبانه ایجاد شد. انجمن های آنها گروه های مطالعاتی پیشرانه جت (GIRD) نام داشت. چنین سازمان های عمومی در سال 1931 در اوسویاخیم ایجاد شد. در مسکو (MosGIRD) و لنینگراد (LenGIRD)، بعدا - در شهرهای دیگر. از جمله سازمان دهندگان و کارگران فعال MosGIRD F.A. Zander، S.P. کورولف، V.P. وچینکین، M.K. تیخونراوف، یو.آ. پوبدونوستف و دیگران. MosGIRD سخنرانی گسترده و تبلیغات چاپی راه اندازی کرد، دوره هایی را در مورد تئوری رانش جت ترتیب داد و کار بر روی طراحی موتور پیشران مایع هوانوردی OR-2 توسط F.A. Tsander برای هواپیمای موشک RP-1 را آغاز کرد. در سال 1932 در مسکو، بر اساس MosGIRD، یک سازمان تحقیق و توسعه برای توسعه موشک ها و موتورها، که GIRD نیز نامیده می شود، ایجاد شد و S.P. رئیس آن شد. کورولف.

موتورهای توسعه یافته در GIRD از اکسیژن مایع به عنوان اکسید کننده و از بنزین و الکل اتیلیک به عنوان سوخت استفاده می کردند. اولین موتور موشک سوخت مایع Zander، OR-2، در سال 1933 آزمایش شد؛ این موتور با اکسیژن و بنزین کار می کرد.

در پایان سال 1933 در مسکو، بر اساس GDL و GIRD، اولین موسسه تحقیقاتی جت دولتی (RNII) در جهان ایجاد شد. متخصصان LRE که در GDL بزرگ شدند در RNII در 1934-1938 توسعه یافتند. یک سری موتورهای آزمایشی از ORM-53 تا ORM-102 و یک ژنراتور گاز GG-1 که ساعت ها روی اسید نیتریک و نفت سفید با آب در دمای 850 کلوین و فشار 2.5 مگاپاسکال کار می کرد. موتور ORM-65 که در سال 1936 تست های رسمی را پشت سر گذاشت، پیشرفته ترین موتور زمان خود بود. موتور با اسید نیتریک و نفت سفید کار می کرد، نیروی رانش در 50 ... 175 کیلوگرم بر فوت تنظیم می شد، راه اندازی های متعدد، از جمله راه اندازی های خودکار. آزمایشات آتش ORM-65 روی هواپیماهای طراحی شده توسط S.P. Korolev، موشک کروز 212 و گلایدر راکت RP-318-1 انجام شد. 28 فوریه 1940 خلبان وی.

کار آزمایشی واقعی روی استفاده از موتورهای پیشران مایع در گلایدرها و هواپیماها آغاز شده است. این کار در طول جنگ و سالهای اول پس از جنگ ادامه یافت.

هفته گذشته من طراحی و اصل عملکرد همه موتورهای موشک شیمیایی مورد استفاده در فضانوردی، از جمله موتورهای موشک مایع (LPRE) را شرح دادم. برای درک اصل عملکرد، من یک نمودار ساده ارائه کرده ام:

همه چیز روی آن تا حد معمول ساده است: لوله هایی با اجزای سوخت وارد محفظه احتراق می شوند، جایی که سوخت می سوزد، و محصولات احتراق از طریق نازل به عقب پرتاب می شوند و موتور را به جلو می برند.

پس چگونه چنین مدار ساده ای در واقع به چنین درهم تنیدگی پیچیده ای از انواع لوله ها، سیم ها و دستگاه ها تبدیل می شود؟

بیایید با این واقعیت شروع کنیم که اجزای سوخت باید به نحوی به محفظه احتراق عرضه شوند. ساده ترین راه تامین گاز فشرده با سوخت و اکسید کننده به مخازن است تا فشار آن مایع را از مخازن به داخل محفظه احتراق منتقل کند.

با تمام سادگی، تغذیه جابجایی یک اشکال جدی دارد: فشار گاز تقویت کننده باید بیشتر از فشار کاری در محفظه احتراق باشد و ده ها یا حتی صدها اتمسفر در آنجا وجود دارد. برای اجرای چنین طرحی، مخازن باید بسیار مستحکم ساخته شوند تا بتوانند چنین فشار هیولایی را تحمل کنند، به این معنی که دیواره های آنها بسیار ضخیم و سنگین خواهد بود. جرم دشمن شماره یک در فناوری موشکی و فضایی است، بنابراین این راه حل مناسب نیست. در عمل، سیستم تامین جابجایی در موتورهایی با فشار کاری در محفظه احتراق کمتر از 10 اتمسفر استفاده می شود. اینها می توانند موتورهای کم رانش برای جهت گیری و مانور فضاپیما باشند.

برای موتورهای پیشران مراحل موشک، از طرح تامین سوخت استفاده می شود که در آن اجزای سوخت، تحت تاثیر فشار کمی از گاز تقویت کننده، وارد پمپ ها می شوند که به نوبه خود، به دلیل چرخش پروانه ها (مانند آب معمولی) پمپ، فقط قوی تر، قوی تر و سنگین تر است)، مایعات را تحت فشار زیاد به محفظه احتراق می رساند.

پروانه‌های پمپ باید با سرعت‌های بسیار زیاد بچرخند تا فشار صدها اتمسفر را حفظ کنند، بنابراین برای راندن آنها به چیزی قوی‌تر از یک موتور الکتریکی معمولی نیاز دارید. چنین درایو یک توربین است - همان پروانه ای که تحت تأثیر گاز کاری که از آن عبور می کند می چرخد. این پروانه روی همان محور پروانه های پمپ های سوخت و اکسید کننده قرار دارد و کل ساختار به نام واحد توربو پمپ(TNA).

اما گاز کار از کجا می آید؟ این توسط یک دستگاه خاص تولید می شود - ژنراتور گاز. در اصل، این یک موتور موشک پیشران مایع کوچک یک جزئی است، فقط به جای یک نازل، یک لوله از محفظه کار آن خارج می شود و به اصطلاح گاز بخار (مخلوطی از اکسیژن و بخار آب داغ) را به توربین توربوشارژر. پس از توربین، گاز بخار خروجی از طریق یک لوله مخصوص به بیرون تخلیه می شود. بنابراین، در نمودار ما یک مخزن با پراکسید هیدروژن، یک ژنراتور گاز، یک پمپ گرمایش و خطوط لوله داریم که همه این موارد را به هم متصل می کند:

همچنین نباید دریچه هایی را فراموش کرد که به طور خودکار جریان مایعات و گازها را در لوله ها کنترل می کنند. سیم ها به هر یک از این شیرها می روند که به این درهم ریختگی کمک می کند.

در موتورهای قوی تر، ژنراتور گاز با همان اجزای سوختی که در محفظه احتراق اصلی استفاده می شود، عرضه می شود. در این حالت نیازی به مخزن پراکسید نیست، بلکه لوله های اضافی از مخازن اصلی خارج می شوند و پمپ هایی روی شفت TNA ظاهر می شوند تا مایعات را به ژنراتور گاز تامین کنند. برای راه اندازی این سامانه استفاده از بمب های آتش نشانی برای ارتقای اولیه TNA ضروری است.

در این ویدئو از تست های روی میز موتور، در ثانیه 15 به وضوح مشاهده می کنید که چگونه بخار اگزوز از لوله کنار نازل خارج می شود:

موتورهایی که گاز پس از توربوشارژر به بیرون پرتاب می شود، موتورهای پیشران مایع چرخه باز نامیده می شوند. در چنین موتورهایی امکان دستیابی به فشار بیشتر در محفظه احتراق وجود دارد و پمپ سوخت آن نسبت به موتورهای موشک مایع چرخه بسته که در آن گاز به نازل عرضه می شود و در آنجا می سوزد کمتر در معرض سایش قرار می گیرد. در ایجاد رانش موتورهای موشک سوخت مایع دور بسته کارایی بالایی دارند (امیدوارم یادتان باشد این از فیزیک مدرسه چیست؟ ;)).

اکثر موشک های فضایی از بخارهای سوختی استفاده می کنند که در آن یک یا هر دو جزء دارای نقطه جوش بسیار پایینی هستند (اکسیژن مایع و هیدروژن مایع). در حالی که موشک در حال پرتاب است، این مایعات برودتی در مخازن می جوشند و فشار را افزایش می دهند. برای جلوگیری از ترکیدن مخازن، باید آنها را تخلیه کرد. زهکشی تخلیه گازهایی است که در هنگام جوشاندن مایعات برودتی به اتمسفر ایجاد می شود. برای انجام این کار، مخازن با این مایعات مجهز به یک لوله مخصوص با دریچه ای هستند که از بدنه موشک به سمت بیرون امتداد می یابد.

در این ویدیو در ساعت 19.25 می توانید مه را از بالا سمت راست مشاهده کنید. این تخلیه اکسیژن است. در حین زهکشی، هیدروژن باید دور شود تا مخلوط انفجاری با اکسیژن ایجاد نشود، بنابراین تخلیه آن روی دکل پشت موشک قابل مشاهده است.

اکنون، به نظر می رسد، ما یک مدار کار برای یک موتور موشک پیشران مایع دریافت کرده ایم، اما فقط یک مشکل وجود دارد: چنین مداری بیش از چند ثانیه کار نمی کند، و سپس محفظه احتراق و نازل ذوب می شوند. اونجا خیلی گرمه این بدان معنی است که دیواره های محفظه احتراق و نازل باید خنک شوند. برای این کار از دو روش استفاده می شود: خنک کننده مایع و پرده بخار.

برای اجرای روش اول، دیواره های محفظه احتراق و نازل ها توسط کانال های زیادی نفوذ می کنند که سوخت قبل از ورود به محفظه احتراق از طریق آنها جریان می یابد. این سیستم بر اساس اصل یک یخچال ثابت مهتابی کار می کند.

پرده بخار لایه ای از بخار سوخت است که مخلوط سوخت در حال سوختن را از دیواره های محفظه احتراق جدا می کند. هنگامی که مقدار مشخصی سوخت از طریق نازل های مخصوص در دیواره های محفظه احتراق و محفظه موتور تزریق می شود تشکیل می شود:

در این ویدیو از موتور F-1 موشک Saturn V، از ثانیه 49 می توانید یک منطقه تاریک بین خروجی نازل و شعله روشن را مشاهده کنید. این پرده ای است که از نازل در برابر گرمای جهنمی جریان گاز محافظت می کند.

بنابراین، طرح موتور موشک پیشران مایع از سادگی اصلی خود به این شکل تبدیل شده است:

همچنین لازم است چند کلمه در مورد ساختار سر محفظه احتراق بیان شود. این عکس مقطعی از سر دوربین را نشان می دهد. می توان دید که ساختار نسبتاً پیچیده ای دارد.

واقعیت این است که برای دستیابی به احتراق قابل اعتماد و احتراق پایدار، باید اجزای سوخت را به خوبی و به نسبت مناسب مخلوط کنید. برای این منظور از طرح بندی نازل های ویژه استفاده می شود:

دایره ها نازل های تامین کننده اکسید کننده را مشخص می کنند و نقطه ها نازل های سوخت را مشخص می کنند.
الف) الگوی سرویس شطرنج. برای جفت های سوخت که در آنها سوخت و اکسید کننده تقریباً یک به یک مخلوط می شوند استفاده می شود.
ب) طرح تغذیه سلولی. کارآمدترین: هر نازل تامین سوخت توسط نازل های تامین کننده اکسید کننده احاطه شده است.
ج) الگوی تغذیه متحدالمرکز.
لطفا توجه داشته باشید که در هر سه طرح، حلقه بیرونی انژکتورها فقط سوخت را تامین می کند. این برای جلوگیری از خوردگی دیواره های محفظه احتراق تحت تأثیر اکسید کننده ضروری است.

خود انژکتورها نیز طراحی پیچیده ای دارند. به عنوان مثال، در اینجا یک نازل گریز از مرکز است:

برخی از نازل ها یک مارپیچ در آنها قرار داده شده است - دستگاهی شبیه به پیچ در چرخ گوشت. همه این ترفندها برای یک هدف مورد نیاز است: نزدیک کردن منطقه اختلاط اجزای سوخت تا حد امکان به سر محفظه احتراق به منظور کوچکتر و سبکتر کردن محفظه.

اکنون فقط باید در مورد سیستم های جرقه زنی صحبت کنیم. همه چیز در اینجا بسیار ساده است: دستگاه خاصی در داخل محفظه احتراق قرار می گیرد که آتش ایجاد می کند. چنین وسیله ای می تواند یک بمب پودری، یک شکاف قوس الکتریکی یا یک مشعل گازی مانند یک جوشکاری باشد. اخیراً آزمایش هایی برای توسعه سیستم های لیزری انجام شده است. در موشک های سایوز آنها یک مسیر بسیار ساده را دنبال می کردند: بمب های آتش نشانی در اتاق های احتراق روی چوب های معمولی چوبی قرار می گرفتند:

و برای جفت سوخت UDMH+AT (دی متیل هیدرازین نامتقارن + تتروکسید نیتروژن)، که در موشک های پروتون استفاده می شود، به هیچ وجه به سیستم های احتراق نیازی نیست، زیرا اجزای سوخت در هنگام مخلوط شدن خودسوخته می شوند.

و آخرین چیزی که امروز در مورد آن صحبت خواهیم کرد، راه اندازی یک موتور موشک پیشران مایع در گرانش صفر است.

این یک مشکل جدی است، زیرا در گرانش صفر، مایع موجود در مخازن با گاز مخلوط می شود، به هم می چسبد و به حباب تبدیل می شود و وارد خطوط لوله نمی شود. طراحان شوروی اولین موشک های مجهز به مرحله سوم این مشکل را دور زدند: موتور مرحله سوم قبل از توقف موتور مرحله دوم شروع به کار کرد. یک سازه مشبک بین مرحله دوم و سوم برای خروج جت گاز موتور در نظر گرفته شده بود. این روند به وضوح در 11.25 در اینجا نشان داده شده است:

اما شما نمی توانید همیشه این کار را انجام دهید: برای طرح پرتاب بالستیک و برای مانورهای مداری، هنوز باید موتور موشک را در گرانش صفر پرتاب کنید.

ساده ترین گزینه این است که مایع را در مخزن در یک کیسه پلیمری قرار دهید که از مخلوط شدن مایع با گاز جلوگیری می کند:

اما این روش برای مخازن با حجم زیاد مناسب نیست: کیسه بسیار شکننده است. بنابراین، سیستم کیسه ای برای راه اندازی موتورهای کم رانش استفاده می شود که برای چند ثانیه کار می کنند و شتاب کافی برای ته نشین شدن مایعات در مخازن بزرگ ایجاد می کنند.

این ویدیو از همان ابتدا این روند را نشان می دهد: سه جت گاز از موتورهای کم رانش می آیند و پس از چند ثانیه موتور اصلی مشتعل می شود.

اینها ترفندهای مهندسی هستند که باید برای حل تمام مشکلات مربوط به عملکرد موتورهای سوخت مایع استفاده شوند. هزینه ای که باید برای این کار پرداخت کنید پیچیدگی طراحی موتور است که به چنان پیچیدگی تبدیل می شود که نمی توانید بدون بطری آن را بفهمید.