Пороховой реактивный двигатель кратко

Обновлено: 05.07.2024

Основной характеристикой пороха как топлива для ракетного двигателя является объем газообразных продуктов, выделяемых при сгорании 1 кг пороха, при определении величины газ приводится к нормальным условиям. Порох подразделяется на два класса: нитроцеллюлозный (бездымный) и смесевый (в том числе и дымный). Пороха, применяющиеся в ракетных двигателях, и называются твердыми ракетными топливами. В зарядах к ракетным двигателям и газогенераторам применяют баллиститный порох.

Основу этого типа пороха составляют нитроцеллюлоза и труднолетучий растворитель, за что он получил название двухосновного. Отличается быстротой изготовления, возможностью получения крупных зарядов и высокой физической стойкостью. Главным недостатком является большая взрывоопасность в производстве, так как в состав входит мощное взрывчатое вещество — нитроглицерин. Смесевые пороха перед баллиститными порохами обладают несколькими преимуществами, среди которых более высокая удельная тяга и большой диапазон регулирования скорости горения с помощью различных присадок и т. д.

Пороховой ракетный двигатель – это один из несложных вариантов реактивных двигателей для ракет и самолётов. В качестве горючего он применяет жёсткое горючее – пороховой заряд. В большинстве случаев, используют бездымный вид пороха, потому, что он имеет большую температуру сгорания и придает летательному аппарату замечательный импульс.

Для ракет он употребляется в качестве главного двигателя, что касается авиации и самолетов, то может использоваться как дополнительный для громадного ускорения.

Современный пороховой ракетный двигатель. 1 — пороховые шашки; 2 — диафрагма; 3 — сопло.

Подобные пороховые ускорители уменьшают расстояние разбега при взлете. По окончании расхода всего топлива такие двигатели как правило отсоединяются от главной конструкции летательного аппарата.

Исторические информацию об применении пороховых двигателей.

Первые зафиксированные информацию об применении пороха в качестве ускорителя датируются 960 годом. Сейчас китайцы изготовляли первые пороховые ракеты для армейских целей. Частенько упоминаются в сказаниях и легендах применения пороховых зарядов для осуществления полетов.

Так, одна из преданий повествовала о попытке полета Ван Гу на летательном аппарате, заряженном 47 ракетами с порохом.

Более создание и реальное проектирование вправду успешных пороховых двигателей началось с 19 века. Так, в 1817 году британец У. Конгрева смог изготовить ракету с дальностью полета в 2,7 километра. Параллельно с этим русские конструкторы И. Картмазов и А. Засядько изготовили собственный прототип, что смог пролететь 2,69 километра.

Предстоящие наработки в данной отрасли разрешили достигнуть еще лучших показателей. В первой половине 80-ых годов XIX века исследователь и отечественный конструктор Н. Кибальчич трудился над изготовлением пилотируемого летательного аппарата с пороховым двигателем. Еще через 5 лет А. Эвальд совершил комплекс опытов с моделью самолета на пороховом заряде.

Конечно же, прорывом стали разработки М. Поморцева, что в 1902 году изготовил ракету с пороховым двигателем. Ее изюминкой являются стабилизирующие поверхности на корпусе и более продуманная конструкция двигателя. Все это разрешило достигнуть дальности полета в 9 километров.

В создании пороховых двигателей не отставали и германские конструкторы. Так в 20-х годах прошлого века достаточно узнаваемый конструктор машин Фриц фон Опель применял пороховые заряды для мотоцикла и ускорения велосипеда, по окончании чего совершил испытания и с автомобилем. В апреле 1928 года конструктор установил на гоночную модель автомобиля Opel-Rak 12 ракет с жёстким горючим. Этот ускоритель разрешил достигнуть скорости в 112 км/час.

В мае этого же года на автомобиль установили 24-зарядный блок ракет, что разогнал машину до скорости 200 км/час.

Что касается аппарата Опеля, то он смог достигнуть скорости 152 км/час в полете. Через год, в частности в октябре 1929 года, совершил опробования собственного летающего агрегата конструктор Г. Эспенлауб. Ракетоплан был оснащен 15 ракетными зарядами, каковые смогли поднять машину в атмосферу, но на протяжении полета летательный аппарат загорелся.

Что касается разработок СССР в данной отрасли, то они деятельно начались с 30-х годов. Удалось выстроить самолет, в котором употреблялись пороховые заряды в качестве дополнительных, он имел наименование У-1. Тестирование прошло превосходно, по окончании чего решили установить подобные ускорители на бомбардировщике типа ТераБайт-1. Для качественного разгона было установлено по 3 пороховых заряда с каждой стороны корпуса аппарата.

Необходимо подчеркнуть, что масса всего набора ускорителей составляла лишь 60 килограмм. Наряду с этим в течение двух секунд работы они выдавали тягу в 10 400 кгс. Данной мощности было достаточно для того, чтобы 7-тонный бомбардировщик смог сократить собственный разбег при взлете от 330 метров к 80 метрам.

Подобные опробования были совершены и на советских истребителях в 1935 году. Не обращая внимания на получение огромной тяги, подобные установки так и не взяли широкого применения в авиастроении.

Во времена Второй мировой пороховые ускорители для собственных самолетов обширно применяла Германия и япония. Помимо этого, на протяжении ухудшения состояния этих государств под конец войны ими были совершены разработки ударных самолетов, каковые применяли твердотопливный двигатель в качестве главной силовой установки самолетов. На базе таких проектов были созданы самолеты для самоубийственных миссий по судам.

Все предстоящие разработки лишь улучшили точности полёта и показатели дальности. Все же как правило пороховые двигатели больше применяли и применяют для строения ракет, нежели в авиации. Не смотря на то, что подобные ускорительные установки с жёстким горючим оказали большую помощь в самолетостроении.

работы и Особенности строения порохового двигателя

Пороховой двигатель самолета довольно часто именуют ракетным двигателем жёсткого горючего, сокращенно РДТТ. При работе таких двигателей употребляется объединение твёрдого топлива и окислителя в единую массу. Все это находится конкретно в камере сгорания, а не в дополнительных топливных баках, как в жидкостных моделях.

Не считая облегчения конструкции, она делается более надежной и несложной, потому, что исключается совокупность подачи горючего. Самым несложным и хорошим примером таковой конструкции есть простая пороховая ракета.

В первую очередь, необходимо подчеркнуть, что использование РДТТ в авиации нужно с целью достижения определенных задач. Конечно же, главная задача, которую решают дополнительные пороховые двигатели, – это большое повышение тяговооруженности самолета на определенном этапе полета. Как правило это нужно при взлете. Не всегда существуют хорошие условия для нормального разбега и взлёта самолета.

Очень актуально это было во времена поршневой авиации и на первых этапах развития реактивных установок на жидком горючем. Это разрешало существенно сократить расстояние разбега летательного средства. Подобный стремительный старт помогал избежать плотного обстрела орудий соперника. Кроме этого были модели истребителей, каковые применяли пороховые ускорители для стремительного успехи воздушной цели соперника.

Увеличение тяговооруженности в определенный экстремальный момент полета разрешает решать боевые задачи более легко и действенно.

Недочёты преимущества пороховых двигателей

Неоспоримым преимуществом есть простота конструкции, и исключение утечки горючего, высокая степень безопасности в применении и надежность. Подобные конструкции смогут храниться в течении продолжительного времени.

Что касается недочётов, то тут необходимо выделить низкие показатели удельного импульса и сложность в управлении тягой. Уменьшить либо отключить тягу нереально. При работе появляются сильные вибрации корпуса летательного аппарата.

Выброс отработанных газов достаточно токсичен и причиняет урон окружающей среде.

Гомогенный тип горючего, что являет собой жёсткий раствор нитроцеллюлозы в нитроглицерине. В большинстве случаев, подобное горючее употребляется для запуска громадных ракет.

Смесевый тип горючего. Это, в большинстве случаев, смесь окислителя с главным жёстким горючим.

Первым горючим для ракетных двигателей была смесь из селитры, древесного угля и серы. Потом начали применять в качестве окислителя перхлорат аммония совместно с полимерным горючим (в космическом ракетостроении). Сейчас подобные типы двигателя применяют для ракетомоделирования.

Наряду с этим создают более простые смеси на базе более дешёвого нитрата калия и органически связывающих веществ, таких как сахар либо сорбит.

В итоге стоит выделить, что пороховые двигатели не являются актуальными для современного самолетостроения. Кроме того космическая отрасль проводит разработки более действенных и дешёвых пусковых механизмов для ракет.

Двигатель для ракеты своими руками

Увлекательные записи:

Отличие от авиационных, автомобильных и других.

Их много. Но для целей этой статьи важно одно. Ракетным двигателям для работы нужно не только горючее, но и окислитель.

Нам кажется привычным – залил бензин (горючее) в бензобак и поехал. С ракетой так не получится. Автомобильные, авиационные, судовые и другие двигатели работают в условиях плотной кислородсодержащей (окислитель) атмосферы Земли.

Кислород, как известно, необходим для поддержания горения. Ракета плотные слои атмосферы преодолевает в течение короткой стадии полета, сразу же после старта. Поэтому, взять кислород для работы своих двигателей из атмосферы ракета она не может. И поэтому ее заправляют не только горючим , но и окислителем , как правило, кислородом.

Итак, ракетное топливо двухкомпонентное .

Само горючее , как правило это:

Идем дальше.

Виды движения в атмосфере

Может показаться, что с этого следовало начать статью. Может быть.

Баллистическое движение

Аэростатическое движение

Для создания подъемной силы используется заключенный в оболочке газ (или нагретый воздух) с плотностью меньшей, чем плотность окружающего воздуха.

Аэродинамическое движение

Подъемная сила создается крылом самолета благодаря поступательному движению летательного аппарата, которое сообщает ему силовая установка — авиационный двигатель.

И наконец, Реактивное движение

Ракетные двигатели — это реактивные двигатели.

Под реактивным движением тела понимают такое движение, которое возникает при отделении от тела (ракеты) некоторой его части (горячие газы из сопла двигателя под высоким давлением) с определенной скоростью относительно него.

Таким образом, ракетный двигатель выбрасывает массу (горящее топливо) в одном направлении, а сам движется в противоположном. Процесс горения ускоряет массы топлива так, что они выходят из сопла ракеты на высокой скорости.

Это были принципы, теперь к устройству.

Начнем с простого

В жидкостных ракетных двигателях топливо и окислитель находятся в жидком состоянии в двух раздельных резервуарах. По трубопроводам они попадают в камеру сгорания. Здесь они перемешиваются и сгорают, создавая поток горячих газов с высокой скоростью и давлением. Эти газы проходят через сопло, которое еще больше их ускоряет, а после выходят, образуя реактивную тягу.

Кажется все просто? На самом деле нет!

Первая инженерная задача

Здесь и далее последовательность задач дана только для упрощения объяснения.

Ввиду высокой температуры горения, и значительного количества выделяемого тепла, даже малой его части достаточно для термического разрушения двигателя. Стенки камеры двигателя и сопло нужно охлаждать.

Но чем? Нужно максимально простое решение, чтобы не усложнять двигатель и не увеличивать его вес.

Компоненты топлива во многих случаях охлаждаются до более низких температур. Это позволяет повысить их плотность и поместить большее количество топлива в топливные баки. Даже керосин. Например, в Falcon 9 керосин охлаждается с 21 °C до −7 °C. Пр этом его плотность увеличивается на 2,5 %.

Вторая инженерная задача

Компоненты топлива сами в камеру сгорания не будут поступать. Нужны насосы. Они будут создавать высокое давление, чтобы преодолеть давление, которое создает в камере сгорания сжигаемое топливо.

Что дальше?

Что делать с топливом, которое прошло через газогенератор. Его после раскручивания турбины можно сбрасывать наружу. Именно так устроен двигатель Merlin (кислородно-керосиновый), используемый SpaceX на ракетах Falcon 9. Это, так называемая открытая схема.

Схема проста, но недостаточно эффективна. В создании тяги ракетного двигателя топливо, прошедшее через газогенератор, напрямую не участвует, а место в ракете занимает.

Это схема называется закрытой. Горячий газ вначале вращает турбину турбонасосного агрегата, а затем подается в камеру сгорания, эффективно участвуя в создании тяги ракетного двигателя. Топливо не пропадает и полностью участвует в создании тяги. Такой двигатель гораздо сложнее. В двигателе закрытой схемы можно пропустить больше газа через турбонасосный агрегат, а значит, больше поднять давление в камере сгорания. Чем больше давление в камере сгорания, тем больше тяга. Высокое давление – большая эффективность двигателя.

Однако у него есть недостатки — высокая нагрузка на турбину двигателя, относительно высокие сложность и стоимость.

Усложняем дальше

А еще можно все топливо пропускать через газогенератор . Такая схема называется полнопоточная закрытая. Мы делали такой двигатель в 60-х (РД-270), но в таких двигателях нужно два газогенератора и два турбонасосных агрегата, которые ведут в одну камеру сгорания и работают параллельно.

Однако в РД-270 наблюдались низкочастотные пульсации в газогенераторе и камере. Возникла проблема в синхронизации совместной работы двух турбонасосных агрегатов. Они пытались пересилить друг друга и стабилизировать их без помощи быстродействующего бортового компьютера не удалось. Но такого в то время еще не было.

В феврале этого года Илон Маск объявил результаты тестирования двигателя Raptor (кислородно-метановый). Его получат ракета Super Heavy и корабль Starship. По заявлениям Маска его характеристики лучше, чем у РД-180. Высокое давление в камере сгорания обеспечено именно полнопроточной закрытой схемой.

Что касается пороховых двигателей и ракетного моделизма, то этим надо обязательно заниматься, и прежде всего, нашим опытным спортсменам, разумеется с соблюдением необходимых мер предосторожности. Необходимо организовать серийный выпуск хорошо отработанных пороховых двигателей. [2]

Двигателями твердого топлива являются, например, пороховые двигатели . Как известно, для сгорания пороха не требуется внешних окислителей. Рабочие процессы пороховых двигателей рассматриваются в специальных курсах. Ниже даются самые краткие сведения о цикле жидкостного реактивного двигателя. [3]

В 1881 г. Н. И. Кибальчич разработал первый в мире проект реактивного летательного аппарата с пороховым двигателем . [4]

В 1680 г. выдающийся механик, физик и математик, голландец по происхождению, Христиан Гюйгенс ( 1629 - 1695) начал разрабатывать пороховой двигатель , поставил перед собой цель преобразовать орудие разрушения в орудие созидания. [5]

Например, в ракетах с пороховым двигателем она определяется законом горения пороха. [7]

Окислителями могут быть жидкий кислород, азотная кислота, перекись водорода. Двигателями твердого топлива являются, например, пороховые двигатели . Как известно, для сгорания пороха не требуется внешних окислителей. Рабочие процессы пороховых двигателей рассматриваются в специальных курсах. Ниже даются самые краткие сведения о цикле ншдкостного реактивного двигателя. [9]

В последующие годы под руководством М. К. Тихонравова была спроектирована более совершенная метеорологическая ракета, которая, согласно расчету, должна была развивать скорость до 1340 м / сек. При испытаниях 19 мая 1939 г. эта составная ракета под действием порохового двигателя поднялась на высоту 0 625 км, достигнув скорости 105 м / сек; затем первая ступень ее автоматически - при срабатывании аэродинамического тормоза - отделилась от второй ступени и упала на землю, а вторая ступень, продолжая движение под действием воздушно-реактивного двигателя и развив скорость до 224 м / сек, поднялась на высоту 1 8 км. [10]

С подобным явлением мы встречаемся и при эксплуатации реактивных снарядов и ракет, у которых сопла и газовые рули подвергаются интенсивному воздействию газов, нагретых до температур более 2500 С. Истекая с высокой скоростью из сопловых устройств и подвергая динамическим ударам газовыми молекулами, а также несгоревшими частицами топлива ( в случае пороховых двигателей ) поверхность материала, газовые струи сдувают ослабленные тепловым воздействием частички на границе раздела газ-материал. [11]

Реактивными называются двигатели, развивающие силу тяги за счет реакции потока газообразных продуктов сгорания, вытекающих с большой скоростью из сопла в окружающую среду. Эти двигатели применяются на летательных аппаратах и подразделяются на воздушно-реактивные двигатели, у которых окислителем топлива является кислород атмосферного воздуха, жидкостные реактивные двигатели, у которых окислителем является жидкость, запасенная на борту летательного аппарата ( жидкий кислород, перекись водорода, азотная кислота), и пороховые двигатели , в которых топливом служит твердое топливо-порох, содержащий в своем составе необходимый для горения кислород. [12]

Двигателями твердого топлива являются, например, пороховые двигатели. Как известно, для сгорания пороха не требуется внешних окислителей. Рабочие процессы пороховых двигателей рассматриваются в специальных курсах. Ниже даются самые краткие сведения о цикле жидкостного реактивного двигателя. [13]

В кабине пилота корабля Союз космонавты находятся при выведении корабля на орбиту, при маневрировании на орбите и спуске на Землю. В кабине размещаются: пульт управления, средства радиосвязи, аппаратура обеспечения жизнедеятельности и система управления спуском, контейнеры с запасами пищи и воды. Снаружи кабина покрыта слоем тепловой защиты; на ее корпусе смонтированы микродвигатели системы управления спуском и тормозные пороховые двигатели мягкой посадки . [14]

Пороховые ракеты применяются для старта тяжелых самолетов. В этом случае время горения заряда колеблется от 4 до 10 сек. Такие ракеты создают дополнительную тягу в несколько тонн на период взлета самолета с земли. Пороховые двигатели находят применение и в многоступенчатых ракетах дальнего и сверхдальнего действия. [15]

Читайте также: