เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดเหลว บทคัดย่อ: เครื่องยนต์จรวด

เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดเหลวที่ใช้เป็นส่วนหนึ่งของอวกาศระยะบนและระยะปล่อยยานประกอบด้วยเชื้อเพลิงที่มีเทนและตัวออกซิไดเซอร์ ในขณะที่เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นส่วนผสมของมีเทนและเอทิลีน โดยมีปริมาณโมลาร์มีเทน 5 ถึง 25% การใช้เชื้อเพลิงที่เสนอกับยานปล่อยระดับกลางที่มีปริมาณเชื้อเพลิงสำรองรวม 300 ตันจะช่วยลดมวลของโครงสร้างยานปล่อยเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจนประมาณ 2% ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มขึ้นของ มวลของน้ำหนักบรรทุกที่เปิดตัวประมาณ 6.5% เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด + ออกซิเจน มวลของน้ำหนักบรรทุกที่ปล่อยออกมาจะเพิ่มขึ้น ~ 7.5%

เชื้อเพลิงที่เสนอนี้มีไว้สำหรับใช้ในเครื่องยนต์จรวดเหลว (LPRE) ซึ่งใช้เป็นส่วนหนึ่งของ space upper stage (UB) และระยะของยานปล่อย (LV) เชื้อเพลิงที่คล้ายกันคือน้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจน ปัจจุบันออกซิเจนเหลวเป็นหนึ่งในตัวออกซิไดเซอร์ที่พบบ่อยที่สุดในเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว เนื่องจากออกซิเจนเหลวเป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ในขณะเดียวกันก็มีราคาถูก ปลอดสารพิษ ติดไฟได้ปานกลาง และให้พลังงานที่มีลักษณะเฉพาะของเชื้อเพลิงค่อนข้างสูง ตัวอย่างเช่น น้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจนที่ความดันในห้องเผาไหม้ 70 ata และอัตราส่วนการขยายตัวทางเรขาคณิตของหัวฉีด 40 ให้แรงกระตุ้นโมฆะเฉพาะ ~ 8% มากกว่าเชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด + AT โดยที่ไนโตรเจนเทตรอกไซด์ถูกใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์ . น้ำมันก๊าดเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่เป็นส่วนผสม ไฮโดรคาร์บอนธรรมชาติที่ได้รับระหว่างการกลั่นน้ำมัน ได้รับน้ำมันก๊าดจาก น้ำมันธรรมชาติกำหนดความเลวของมัน นอกจากนี้น้ำมันก๊าดยังเป็นสารพิษต่ำซึ่งอยู่ในประเภทความเป็นอันตรายที่ 4 (ต่ำสุด) มีความไวไฟปานกลางและมีความหนาแน่นค่อนข้างสูงซึ่งส่งผลเชิงบวกต่อความได้เปรียบในการปฏิบัติงาน โดยทั่วไป น้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจนเป็นเชื้อเพลิงที่มีประสิทธิภาพโดยมีความหนาแน่นค่อนข้างสูงที่ ~ 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร และมีแรงกระตุ้นจำเพาะที่ค่อนข้างสูงในการไหลออกของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ ซึ่งทำให้สามารถแก้ไขปัญหาที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการที่ทันสมัยการขับถ่าย ข้อเสียของน้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจน ได้แก่ ค่อนข้างมาก ความแตกต่างใหญ่ อุณหภูมิการทำงานของออกซิเจนเหลว (~ 90 K) และน้ำมันก๊าด (~ 290 K) ซึ่งต้องใช้มาตรการพิเศษเพื่อชดเชยความเครียดจากอุณหภูมิที่เกิดขึ้นในถังเก็บออกซิไดเซอร์เมื่อเติมออกซิเจนเหลวและความจำเป็นในการใช้การจัดเก็บส่วนประกอบ ถังที่มีพื้นแยกจากกันและมีฉนวนกันความร้อนที่สำคัญระหว่างถัง สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในมวลของถังเก็บส่วนประกอบ และการเพิ่มขึ้นของปริมาตรที่ถังเก็บส่วนประกอบเชื้อเพลิงในระบบขับเคลื่อนเพิ่มขึ้น ซึ่งยังเพิ่มต้นทุนมวลในการจัดเก็บเชื้อเพลิงอีกด้วย เชื้อเพลิงต้นแบบที่เสนอคือเชื้อเพลิงมีเทน+ออกซิเจน มีเทนเป็นองค์ประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ ดังนั้นการผลิตจึงมีราคาถูกกว่าการผลิตน้ำมันก๊าดด้วยซ้ำ ในแง่ของลักษณะพลังงาน เชื้อเพลิงนี้เหนือกว่าเชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด + ออกซิเจน: ที่ความดันข้างต้นในห้องเผาไหม้และระดับทางเรขาคณิตของการขยายตัวของหัวฉีด แรงกระตุ้นเฉพาะของเชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจนจะสูงกว่าแรงกระตุ้นเฉพาะของ น้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจนประมาณ 4% อย่างไรก็ตาม มีเทน แม้ที่อุณหภูมิ 91 K (จุดหลอมเหลวของมันคือ 90.66 K) มีความหนาแน่นต่ำ 455 กก./ลบ.ม. ในขณะที่ความหนาแน่นของเชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจนเพียง 830 กก./ลบ.ม. ซึ่งนำไปสู่ ต้นทุนมวลที่เพิ่มขึ้นสำหรับการจัดเก็บเนื่องจากความต้องการเพิ่มปริมาณถังเก็บส่วนประกอบ ความหนาแน่นต่ำของเชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจน และความเป็นไปไม่ได้ของออกซิเจนเย็นยิ่งยวดเมื่อใช้ถังเก็บส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีก้นรวม นำไปสู่ความจริงที่ว่าสำหรับพื้นที่ RBs เวลาในการจัดเก็บเชื้อเพลิงที่เป็นไปได้ในพื้นที่ใกล้โลกจะลดลงอย่างมีนัยสำคัญ (โดย 20% เมื่อเทียบกับ ถึงน้ำมันก๊าด + ออกซิเจน) เนื่องจากจุดหลอมเหลวของมีเธนสูงกว่าจุดเดือดของออกซิเจนที่ความดัน 1 ata (เช่น สูงกว่า 90 K) การใช้ถังเก็บส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีก้นรวมแม้จะเดือดของออกซิเจนที่ 1 ata (และยิ่งกว่านั้นอีก เมื่อใช้ออกซิเจนเย็นยิ่งยวดซึ่งเดือดที่ความดันต่ำกว่า) เป็นไปไม่ได้หากไม่มีการใช้ฉนวนกันความร้อนระหว่างถัง นอกจากนี้ เนื่องจากถังเชื้อเพลิงเต็มไปด้วยมีเทนจากการแช่แข็ง จึงต้องมีฉนวนความร้อนจากความร้อนภายนอกที่ไหลเข้ามา ซึ่งจะเพิ่มต้นทุนมวลในการจัดเก็บเชื้อเพลิงเพิ่มเติม ทั้งหมดนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในมวลและขนาดของถังเก็บเชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจน เมื่อเทียบกับน้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจน ซึ่งอย่างมีนัยสำคัญและในบางกรณีลดลงจนเหลือศูนย์ จะช่วยลดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากแรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงขึ้นของ ต้นแบบ. วัตถุประสงค์ของการประดิษฐ์คือเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของเชื้อเพลิงและเป็นผลให้ต้นทุนมวลมากในการเก็บไว้ในถังเชื้อเพลิง ลักษณะพลังงานเชื้อเพลิงไม่เสื่อมลงเมื่อเทียบกับต้นแบบ ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้เชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ โดยที่ส่วนผสมของมีเทนและเอทิลีนที่มีปริมาณมีเทนเป็นโมลาร์ 5 ถึง 25% ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง ที่ปริมาณมีเทนที่ระบุ อุณหภูมิการแข็งตัวของเชื้อเพลิงดังกล่าวจะน้อยกว่า 90 K เช่น เมื่อใช้ออกซิเจนเหลวเดือดเป็นตัวออกซิไดเซอร์ เช่น ถังออกซิไดเซอร์และเชื้อเพลิงอาจมีก้นทั่วไปซึ่งไม่ได้หุ้มด้วยฉนวนกันความร้อน นอกจากนี้ เชื้อเพลิงที่เสนอสำหรับช่วงที่กำหนดของอัตราส่วนโมลมีเทน-เอทิลีนจะมีความหนาแน่นตั้งแต่ 900 ถึง 970 กก./ซม.3 ซึ่งเทียบเคียงได้กับความหนาแน่นของเชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด + ออกซิเจน โดยคำนึงถึงความจุความร้อนสูง ของเชื้อเพลิงในเชื้อเพลิงที่เสนอ เวลาคงอยู่ที่เป็นไปได้ของ RB อวกาศในพื้นที่ใกล้โลกจะเหมือนกับเมื่อใช้น้ำมันก๊าด + เชื้อเพลิงออกซิเจน ในเวลาเดียวกัน การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็นว่าแรงกระตุ้นเฉพาะของผลิตภัณฑ์ไอเสียของเชื้อเพลิงที่นำเสนอจะเหมือนกับเชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจน การใช้เชื้อเพลิงที่เสนอกับยานปล่อยระดับกลางที่มีปริมาณเชื้อเพลิงสำรองรวม 300 ตันจะลดน้ำหนักของโครงสร้างยานปล่อยเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงมีเทน + ออกซิเจนประมาณ ~ 2% ซึ่งเทียบเท่ากับการเพิ่มขึ้น ในมวลของน้ำหนักบรรทุกที่เปิดตัวประมาณ ~ 6.5% เมื่อเปรียบเทียบกับการใช้เชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด + ออกซิเจน มวลของน้ำหนักบรรทุกที่ปล่อยออกมาจะเพิ่มขึ้น ~ 7.5% มีเทนตามที่ระบุไว้ข้างต้นเป็นส่วนประกอบหลักของก๊าซธรรมชาติ และเอทิลีนเป็นวัตถุดิบที่แพร่หลายสำหรับอุตสาหกรรมเคมี (เช่น ในการผลิตโพลีเอทิลีน) ดังนั้นการผลิตเชื้อเพลิงสำหรับเชื้อเพลิงดังกล่าวจึงไม่จำเป็นต้องสร้าง โรงงานผลิตใหม่และสามารถพัฒนาได้ในเวลาอันสั้นพอสมควร ต้นทุนของเชื้อเพลิงที่เสนอนั้นประเมินว่าเทียบเคียงได้กับต้นทุนเชื้อเพลิงน้ำมันก๊าด + ออกซิเจน รายการอ้างอิงที่ใช้ 1. ความรู้พื้นฐานทฤษฎีและการคำนวณเครื่องยนต์จรวดเหลว / ใน 2 เล่ม / เอ็ด. V. M. Kudryavtseva, ed. การแก้ไขครั้งที่ 4 และเพิ่มเติม - ม. " บัณฑิตวิทยาลัย", 1993. - เล่ม 1, หน้า 130-134 2. Paushkin Ya. M. องค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติของเชื้อเพลิงเครื่องบิน - M. สำนักพิมพ์ของ USSR Academy of Sciences, 2501. - 376 หน้า, ป่วย หน้า 302 3. ซินยาเรฟ จี.บี. ของเหลว เครื่องยนต์จรวด- - สำนักพิมพ์ M. State ของอุตสาหกรรมกลาโหม 2498. -488 หน้า. ป่วย. หน้า 159 - 161 4. คู่มือเกี่ยวกับพื้นฐานทางกายภาพและทางเทคนิคของไครโอเจนิกส์ / M.P. Malkov - ฉบับที่ 3 แก้ไขแล้ว และเพิ่มเติม - อ.: Energoatomizdat, 1985, -432 p., ป่วย หน้า 217 5. คู่มือการแยกก๊าซผสมโดยวิธีการทำความเย็นแบบลึก /และ. ไอ. เจลเพริน. - ฉบับที่ 2 แก้ไขใหม่ - สำนักพิมพ์วิทยาศาสตร์และเทคนิคแห่งรัฐ M. วรรณกรรมเคมี พ.ศ. 2506 - 512 หน้า ป่วย หน้า 232 6. คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์และเทอร์โมฟิสิกส์ของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ / ใน 3 เล่ม / เอ็ด วี.พี. Glushko, - M. All-Union สถาบันวิทยาศาสตร์และ ข้อมูลทางเทคนิค- 2511 เล่ม 2 หน้า 177-308.

เรียกร้อง

เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดเหลวที่มีเชื้อเพลิงมีเทนและตัวออกซิไดเซอร์โดยมีลักษณะเป็นเชื้อเพลิงโดยใช้ส่วนผสมของมีเทนและเอทิลีนที่มีปริมาณโมลมีเทน 5 ถึง 25%

สิทธิบัตรที่คล้ายกัน:

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับวิธีการทำงานของเครื่องยนต์ อากาศยานซึ่งทำงานบนหลักการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น

สิ่งประดิษฐ์นี้เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีจรวดและอวกาศ และเกี่ยวข้องกับการออกแบบเครื่องยนต์จรวดเหลว (LPRE) ที่ทำงานด้วยเชื้อเพลิงแช่แข็ง โดยเฉพาะเครื่องยนต์ของหน่วยจรวดและยานอวกาศที่ใช้ออกซิเจนเหลวและเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิง

ทุกวันนี้ ขีปนาวุธประเภทต่าง ๆ ได้กลายเป็นหนึ่งในอาวุธหลักของคลาสต่าง ๆ รวมถึงสาขาการทหารของเราเองด้วย - กองกำลังจรวดวัตถุประสงค์เชิงกลยุทธ์และ วิธีเดียวเท่านั้นเปิดตัวน้ำหนักบรรทุกและมนุษยชาติสู่อวกาศ

หนึ่งในที่สุด องค์ประกอบที่ซับซ้อนจรวดเคยเป็นและยังคงเป็นเครื่องยนต์จรวด มีปรากฏเมื่อกว่าสองพันปีก่อนทั้งจรวดและเครื่องยนต์ วันนี้มีการพัฒนา บรรลุถึงความสมบูรณ์แบบ และเกี่ยวกับเครื่องยนต์ อาจกล่าวได้ว่าพวกเขามาถึงขีดจำกัดทางทฤษฎีแล้ว

เครื่องยนต์จรวดเหลว RD-0124

ในอดีต จรวดชุดแรกใช้เครื่องยนต์แบบผงธรรมดา ในคำศัพท์สมัยใหม่ - เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนแข็ง) ในระหว่างการพัฒนา เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับเชื้อเพลิงใหม่ ตัวเรือนที่ทำจากวัสดุใหม่ หัวฉีดควบคุมของการกำหนดค่าต่างๆ ในขณะที่ยังคงรักษาความเรียบง่ายของการออกแบบและความน่าเชื่อถือสูง ซึ่งกำหนดไว้ล่วงหน้าถึงการใช้เครื่องยนต์ประเภทนี้ในอุปกรณ์ทางทหารอย่างแพร่หลาย ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์ดังกล่าวคือ ความพร้อมอย่างต่อเนื่องสำหรับการใช้งานและลดการดำเนินการและระยะเวลาการเตรียมการก่อนการเปิดตัว ในเวลาเดียวกัน เราต้องทนกับข้อเสียของมอเตอร์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็ง เช่น ความยากลำบากในการจัดการดับเครื่องยนต์ การเปิดใช้งานซ้ำๆ และการควบคุมแรงขับ

พารามิเตอร์หลักของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งนั้นพิจารณาจากเชื้อเพลิงที่ใช้ในนั้นความสามารถในการควบคุมเวกเตอร์แรงขับตลอดจนการออกแบบตัวถัง นอกจากนี้เป็นที่น่าสังเกตว่าการพิจารณาเครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็งที่แยกออกจากจรวดนั้นไม่มีจุดหมายเพราะห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ก็เป็นถังเชื้อเพลิงเช่นกันและรวมอยู่ในการออกแบบจรวดด้วย

หากเราพูดถึงการเปรียบเทียบเครื่องยนต์จรวดแข็งในประเทศและตะวันตก เป็นที่น่าสังเกตว่าในโลกตะวันตกพวกเขาใช้เชื้อเพลิงผสมแข็งที่มีระดับพลังงานสูงกว่า ซึ่งทำให้สามารถสร้างเครื่องยนต์ที่มีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งอัตราส่วนของกำลังเครื่องยนต์สูงสุดต่อมวลเชื้อเพลิงจะเพิ่มขึ้น ทำให้สามารถลดมวลการปล่อยจรวดได้ สิ่งนี้จะสังเกตได้ชัดเจนเป็นพิเศษเมื่อพิจารณาถึงลักษณะเฉพาะ ขีปนาวุธ.

ICBM การต่อสู้ครั้งแรกที่มีเครื่องยนต์จรวดจรวดแข็งปรากฏในสหรัฐอเมริกาในยุค 60 (Polaris และ Minuteman) แต่ในสหภาพโซเวียตในยุค 80 เท่านั้น (Topol และ R-39)

เนื่องจากในขีปนาวุธดังกล่าว มวลการยิงส่วนใหญ่คือการจ่ายเชื้อเพลิง ดังนั้นเมื่อเปรียบเทียบพวกมันกับระยะการยิง เราสามารถตัดสินประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนจรวดแข็งที่ใช้ได้

สำหรับ American Minuteman-3 ICBM สมัยใหม่ มวลการปล่อยและระยะการปล่อยอยู่ที่ 35,400 กก. และ 11,000-13,000 กม. สำหรับจรวด RS-24 Yars ของรัสเซีย – 46,500 – 47,200 กก. และ 11,000 กม. ด้วยมวลที่ขว้างได้สำหรับขีปนาวุธทั้งสองลูกในพื้นที่ 1,200 กิโลกรัม ขีปนาวุธของอเมริกาจึงมีข้อได้เปรียบที่ชัดเจนในแง่ของแรงขับ นอกจากนี้ ในเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งประเภทเบากว่า รวมถึงจรวดเครื่องบิน ชาวอเมริกันมักใช้การควบคุมเวกเตอร์แรงขับโดยใช้หัวฉีดที่เบนทิศทางได้บ่อยกว่า สำหรับเรา สิ่งเหล่านี้คือตัวดักจับในกระแสก๊าซ หลังลดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลง 5% หัวฉีดที่เบี่ยงเบนได้ - 2-3%

ในทางกลับกัน นักเคมีชาวรัสเซียได้พัฒนาส่วนผสมแห้งสำหรับเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง ซึ่งส่วนที่เหลือสามารถถูกทำลายได้ เครื่องยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงดังกล่าวใช้ใน Igla-S MANPADS ซึ่งใช้เอฟเฟกต์นี้เพื่อเพิ่มผลกระทบของหัวรบ ในขณะเดียวกันเธอก็ เทียบเท่าอเมริกัน“ Stinger” เนื่องจากการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงอย่างรวดเร็วพัฒนาความเร็วสูงในช่วงการบินซึ่งมีระยะเวลาสั้นกว่ามาก

อื่น การสมัครทางทหารเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็ง - เป็นเครื่องยนต์ลงจอดแบบนุ่มนวลบนชานชาลาลงจอด ปัจจุบัน มีเพียงรัสเซียเท่านั้นที่ยังคงพัฒนาแพลตฟอร์มลงจอดที่จัดเตรียมการปล่อยยานเกราะพร้อมลูกเรือ คุณสมบัติอย่างหนึ่งของระบบดังกล่าวคือการใช้เครื่องยนต์จรวดจรวดแข็งแบบเบรก เทคโนโลยีนี้ยืมมาจากอุตสาหกรรมอวกาศ ซึ่งใช้เครื่องยนต์ที่คล้ายกันในการลงจอดแบบนุ่มนวลของยานพาหนะที่สืบเชื้อสายมา

ในพื้นที่อันเงียบสงบ เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงแข็งได้กลายเป็นโรงไฟฟ้าที่แพร่หลายในฐานะโรงไฟฟ้าสำหรับยานปล่อยตัวและตัวเร่งการปล่อยตัว ระยะบนของยานอวกาศ และเครื่องยนต์ลงจอดแบบนุ่มนวล ปัจจุบัน เครื่องยิงจรวดเชื้อเพลิงแข็งที่ทรงพลังที่สุดบางเครื่องได้ถูกสร้างขึ้นสำหรับยานยิงของ European Ariane

นอกจากนี้ ในโลกตะวันตก เครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งได้แพร่หลายในฐานะโรงไฟฟ้าสำหรับยานยิงขนาดเล็ก เช่น European Vega

รัสเซียยังคงให้ความสำคัญในการสร้างยานอวกาศโคตรซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งลงจอดแบบนุ่มนวล ปัจจุบันโมดูลสืบเชื้อสายของยานอวกาศโซยุซ

มอเตอร์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งยังใช้เพื่อช่วยเหลือลูกเรือยานอวกาศก่อนการปล่อยตัว ที่นั่งดีดตัวออกในการบินด้วย พวกเขาติดตั้งเครื่องยนต์จรวดจรวดที่แข็งแกร่งและศูนย์ช่วยเหลือของรัสเซียพร้อมเก้าอี้ K-36 ได้รับการยอมรับว่าดีที่สุดในปัจจุบันทั่วโลก

แต่ต่อไป ขั้นบนมอเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็งของยานอวกาศใช้เฉพาะในสหรัฐอเมริกาและยุโรปเท่านั้น การใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งในระยะบนของยานยิงพลเรือนในรัสเซียเป็นเรื่องปกติสำหรับยานยิงแบบดัดแปลงที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของ ICBM

นอกจากนี้ยังควรชี้ให้เห็นว่า NASA ได้พัฒนาเทคโนโลยีเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนแบบใช้ซ้ำได้ ซึ่งหลังจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงแล้วก็สามารถเติมเชื้อเพลิงและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เรากำลังพูดถึงตัวเร่งการปล่อยกระสวยอวกาศและถึงแม้ว่าโอกาสนี้จะไม่เคยถูกใช้ แต่การมีอยู่ของมันนั้นบ่งบอกถึงประสบการณ์ที่สั่งสมมามากมายในการออกแบบและการทำงานของเครื่องยนต์เทอร์โบแฟนอันทรงพลัง ความล่าช้าของรัสเซียในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดจรวดเชื้อเพลิงแข็งแรงขับสูงสำหรับยานอวกาศ ซึ่งสาเหตุหลักมาจากการขาดการพัฒนาในด้านเชื้อเพลิงแข็งพลังงานสูง มีสาเหตุมาจากการเน้นทางประวัติศาสตร์เกี่ยวกับเครื่องยนต์จรวดจรวดเชื้อเพลิงเหลวว่ามีประสิทธิภาพและ ให้ประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่มากขึ้น ดังนั้น จนถึงขณะนี้ สำหรับเชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงผสมในประเทศ ระยะเวลาการรับประกันคือ 10-15 ปี ในขณะที่ในสหรัฐอเมริการะยะเวลาการจัดเก็บจรวดที่มีเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็งอยู่ที่ 15-25 ปี ในด้านมอเตอร์จรวดขับเคลื่อนจรวดขนาดเล็กและขนาดเล็กสำหรับใช้ในระบบเพื่อวัตถุประสงค์ทางทหารและพลเรือนต่างๆ รัสเซียสามารถแข่งขันกับโมเดลระดับโลกได้อย่างง่ายดาย และในบางพื้นที่ของการใช้งาน รัสเซียก็มีเทคโนโลยีที่เป็นเอกลักษณ์

ในแง่ของเทคโนโลยีการผลิตเคส ในขณะนี้ ไม่สามารถแยกแยะลำดับความสำคัญที่ชัดเจนของใครก็ตามได้ วิธีการต่างๆถูกใช้ขึ้นอยู่กับจรวดตัวใดที่จะเชื่อมโยงกับเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็ง เป็นเพียงสิ่งที่ควรสังเกตว่าเนื่องจากปริมาณพลังงานที่มากขึ้นของเชื้อเพลิงผสมของอเมริกา ตัวเรือนเครื่องยนต์จึงได้รับการออกแบบให้มีมากขึ้น อุณหภูมิสูงการเผาไหม้

ต่อมาเครื่องยนต์จรวดเหลว (LPRE) ก็ได้บรรลุถึงความสมบูรณ์แบบทางเทคนิคสูงสุดที่เป็นไปได้ในระยะเวลาอันสั้นของการดำรงอยู่ ความเป็นไปได้ของการเปิดใช้งานซ้ำและการควบคุมการยึดเกาะถนนที่ราบรื่นเป็นตัวกำหนดการใช้เครื่องยนต์ดังกล่าว จรวดอวกาศสื่อและอุปกรณ์ การพัฒนาที่สำคัญในด้านการสร้างเครื่องยนต์สำหรับระบบการต่อสู้นั้นประสบความสำเร็จในสหภาพโซเวียต โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จรวดที่มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวยังคงปฏิบัติหน้าที่โดยเป็นส่วนหนึ่งของกองกำลังขีปนาวุธทางยุทธศาสตร์ แม้ว่าจะมีข้อเสียโดยธรรมชาติของประเภทนี้ก็ตาม ข้อเสียประการแรกคือความยากในการจัดเก็บและใช้งานจรวดที่เติมเชื้อเพลิง และความซับซ้อนของการเติมเชื้อเพลิงเอง อย่างไรก็ตาม วิศวกรของโซเวียตสามารถสร้างเทคโนโลยีในการเติมถังเชื้อเพลิงที่รับประกันการรักษาส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีจุดเดือดสูงในนั้นได้นานถึง 25 ปี ส่งผลให้เกิดการสร้าง ICBM ที่ทรงพลังที่สุดในโลก ในปัจจุบันนี้พวกเขาจะถอนตัวออกจาก หน้าที่การต่อสู้ ICBM เหล่านี้ใช้เพื่อปล่อยเพย์โหลดออกสู่อวกาศ รวมถึงเพื่อจุดประสงค์ทางสันติด้วย ดังนั้นเราจะพิจารณาพวกมันร่วมกับยานยิงพลเรือนลำอื่น

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวสมัยใหม่สามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภทตามเกณฑ์ต่างๆ หนึ่งในนั้นคือวิธีการจ่ายเชื้อเพลิงให้กับห้องเผาไหม้ (ปิดและเทอร์โบปั๊ม ประเภทเปิด, การกระจัด) จำนวนห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ (ห้องเดี่ยวและหลายห้อง) และที่สำคัญที่สุดคือส่วนประกอบเชื้อเพลิง

ควรกล่าวว่าการเลือกเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์นั้นเป็นปัจจัยสำคัญในการสร้างเครื่องยนต์ เนื่องจากส่วนใหญ่ประเภทของเชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์นั้นถูกกำหนดโดยการออกแบบและพารามิเตอร์ของจรวด

เนื่องจากจรวดสมัยใหม่ส่วนใหญ่ที่มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวนั้นใช้เพื่อการปล่อยยานอวกาศโดยเฉพาะ จึงเป็นไปได้ที่จะดำเนินการเตรียมการปล่อยยานอวกาศที่ใช้เวลานาน ทำให้สามารถใช้ส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่มีจุดเดือดต่ำได้นั่นคือส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำกว่าศูนย์อย่างมาก ประการแรกได้แก่ ออกซิเจนเหลวที่ใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์ และไฮโดรเจนเหลวเป็นเชื้อเพลิง เครื่องยนต์ออกซิเจน-ไฮโดรเจนที่ทรงพลังที่สุดยังคงอยู่ เครื่องยนต์อเมริกัน RS-25 สร้างขึ้นภายใต้โปรแกรมการขนส่งแบบใช้ซ้ำได้ ยานอวกาศ- นั่นคือนอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่านี่คือเครื่องยนต์ที่ทรงพลังที่สุดที่ใช้ส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่ระบุอายุการใช้งานของมันคือ 55 รอบการบิน (พร้อมการยกเครื่องภาคบังคับหลังจากแต่ละเที่ยวบิน) เครื่องยนต์ถูกสร้างขึ้นตามรูปแบบที่มีการเผาไหม้ก๊าซเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายหลัง (รอบปิด) แรงขับของเครื่องยนต์จรวดนี้มีกำลัง 222 ตันในสุญญากาศ และ 184 ตันที่ระดับน้ำทะเล

อะนาล็อกในสหภาพโซเวียตคือเครื่องยนต์สำหรับระยะที่สองของยานพาหนะเปิดตัว Energia - RD-0120 แต่มีพารามิเตอร์ที่แย่กว่าเล็กน้อยแม้จะมีแรงดันก๊าซที่สูงขึ้นในห้องเผาไหม้ (216 บรรยากาศเทียบกับ 192) ในขณะที่มวลของมันสูงกว่าและ แรงขับของมันต่ำกว่า

เครื่องยนต์ออกซิเจน-ไฮโดรเจนสมัยใหม่ เช่น Vulcan ของยานปล่อย Ariane ของยุโรป ถูกสร้างขึ้นโดยใช้วงจรเครื่องกำเนิดก๊าซแบบเปิด (การปล่อยก๊าซของเครื่องกำเนิดก๊าซ) และด้วยเหตุนี้ จึงมีพารามิเตอร์ที่แย่กว่านั้น

เชื้อเพลิงอีกคู่หนึ่ง - ออกซิเจนจุดเดือดต่ำเป็นตัวออกซิไดเซอร์และน้ำมันก๊าดที่มีจุดเดือดสูงใช้ในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวที่ทรงพลังที่สุด RD-170 สร้างขึ้นตามการออกแบบสี่ห้อง (หน่วยเทอร์โบปั๊มหนึ่งหน่วยจ่ายเชื้อเพลิงให้กับห้องเผาไหม้ 4 ห้อง) โดยมีวงจรปิด เครื่องยนต์ให้แรงขับ 806 ตันในสุญญากาศ และได้รับการออกแบบสำหรับรอบการบิน 10 รอบ เครื่องยนต์ถูกสร้างขึ้นสำหรับระยะแรกของยานยิง Energia (ตัวกระตุ้นการยิง) ทุกวันนี้ เวอร์ชัน RD-171 ซึ่งให้การควบคุมแก๊สไดนามิกในทั้งสามแกน (RD-170 ในสองแกนเท่านั้น) ถูกใช้บนยานยิงเซนิต ซึ่งอันที่จริงคือตัวเร่งการปล่อยอิสระจากยานยิง Energia การปรับขนาดเครื่องยนต์ทำให้สามารถสร้าง RD-180 สองห้องและ RD-191 ห้องเดียวสำหรับรถส่งของ American Atlas และ Angara ของรัสเซียตามลำดับ

ยานปล่อยที่ทรงพลังที่สุดในปัจจุบันคือ Russian Proton-M ซึ่งติดตั้งเครื่องยนต์จรวดเหลวโดยใช้ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูง RD-275 (ระยะแรก) และ RD-0210 (ระยะที่สอง) การใช้ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูง ส่วนหนึ่งบ่งบอกถึงอดีตทางการทหารของยานปล่อยยานลำนี้

RD-275 ผลิตขึ้นตามการออกแบบห้องเดียวแบบวงจรปิด ส่วนประกอบของเชื้อเพลิง ได้แก่ เฮปทิลและออกซิไดเซอร์ - N2O4 มีความเป็นพิษสูง แรงขับเปล่า – 187 ตัน เห็นได้ชัดว่านี่คือจุดสุดยอดของการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่ใช้ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูง เนื่องจากยานปล่อยอวกาศที่มีแนวโน้มจะใช้เครื่องยนต์ออกซิเจน-น้ำมันก๊าดหรือออกซิเจน-ไฮโดรเจนที่ไม่เป็นพิษ และการต่อสู้กับขีปนาวุธ รวมถึง ICBM จะใช้จรวดที่เป็นของแข็ง เครื่องยนต์จรวด

สถานที่ที่ความเป็นไปได้และโอกาสในการใช้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวที่ใช้ส่วนประกอบที่เป็นพิษยังคงอยู่คือ ลาน- นั่นคือการใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวดังกล่าวเป็นไปได้ในระดับบน ดังนั้น Briz-M RB ของรัสเซียจึงติดตั้งเครื่องยนต์ S5.98M ซึ่งทำงานบนส่วนประกอบเดียวกันกับ RD-275

โดยทั่วไปเป็นที่น่าสังเกตว่าทุกวันนี้เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวของรัสเซียเป็นผู้นำในตลาดโลกทั้งในแง่ของจำนวนน้ำหนักบรรทุกที่บรรทุกได้และในแง่ของการกระจายตัวบนยานยิงในประเทศต่างๆ

ในเวลาเดียวกัน งานยังคงดำเนินต่อไปในการสร้างเครื่องยนต์ประเภทใหม่ เช่น เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลวสามองค์ประกอบ เพื่อให้มั่นใจถึงการใช้งานสากลในชั้นบรรยากาศและอื่น ๆ เนื่องจากเครื่องยนต์ที่สร้างขึ้นถึงขีดจำกัดของความสมบูรณ์แบบทางเทคนิคแล้ว จึงเป็นเรื่องยากมากที่จะเอาชนะมันได้ และเมื่อคำนึงถึงต้นทุนทางการเงินที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้แล้ว มันก็จะไม่มีจุดหมายเลย ดังนั้นเราจึงมีโรงเรียนการออกแบบที่ดีที่สุดในโลกในด้านนี้ คำถามเดียวก็คือเงินทุนเพียงพอสำหรับการอนุรักษ์และพัฒนา

คุดซิตสกี้ มิคาอิล, วิศวกรออกแบบระบบนำทาง

เครื่องยนต์ไอพ่นขับเคลื่อนด้วยของเหลวทำงานและทำงานอย่างไร

ปัจจุบันเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวถูกใช้เป็นเครื่องยนต์สำหรับขีปนาวุธจรวดหนัก การป้องกันทางอากาศ, ขีปนาวุธพิสัยไกลและสตราโตสเฟียร์, เครื่องบินจรวด, ระเบิดจรวด, ตอร์ปิโดทางอากาศ ฯลฯ บางครั้งเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวยังใช้เป็นเครื่องยนต์สตาร์ทเพื่ออำนวยความสะดวกในการขึ้นบินของเครื่องบิน

เมื่อคำนึงถึงจุดประสงค์หลักของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว เราจะทำความคุ้นเคยกับการออกแบบและการทำงานของเครื่องยนต์โดยใช้ตัวอย่างเครื่องยนต์ 2 ตัว อันหนึ่งสำหรับจรวดพิสัยไกลหรือสตราโตสเฟียริก และอีกอันสำหรับเครื่องบินจรวด เครื่องยนต์เฉพาะเหล่านี้ไม่ได้เป็นเรื่องปกติในทุกสิ่งและแน่นอนว่าข้อมูลด้อยกว่าเครื่องยนต์ประเภทนี้ล่าสุด แต่ก็ยังมีลักษณะเฉพาะในหลาย ๆ ด้านและให้แนวคิดที่ชัดเจนเกี่ยวกับเชื้อเพลิงขับเคลื่อนของเหลวสมัยใหม่ เครื่องยนต์ไอพ่น

เครื่องยนต์จรวดเหลวสำหรับจรวดพิสัยไกลหรือสตราโตสเฟียร์

จรวดประเภทนี้ถูกใช้เป็นขีปนาวุธพิสัยไกลพิเศษหรือเพื่อการสำรวจชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ เพื่อจุดประสงค์ทางทหาร ชาวเยอรมันใช้พวกมันเพื่อทิ้งระเบิดลอนดอนในปี 1944 ขีปนาวุธเหล่านี้มีวัตถุระเบิดประมาณหนึ่งตันและมีระยะการบินประมาณ 300 กม- เมื่อสำรวจชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ หัวจรวดจะบรรทุกอุปกรณ์การวิจัยต่างๆ แทนวัตถุระเบิด และมักจะมีอุปกรณ์สำหรับแยกออกจากจรวดและร่อนลงมาด้วยร่มชูชีพ จรวดยกสูง 150–180 กม.

ลักษณะของจรวดดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 1 26 และส่วนของมันในรูปที่ 27. ร่างของผู้คน ยืนอยู่ใกล้ ๆด้วยจรวด ให้นึกถึงขนาดที่น่าประทับใจของจรวด: ความยาวรวม 14 ม,เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.7 มและขนนกประมาณ 3.6 มน้ำหนักของจรวดที่บรรทุกวัตถุระเบิดคือ 12.5 ตัน

รูปที่. 26. การเตรียมการปล่อยจรวดสตราโตสเฟียร์

จรวดขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอพ่นที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวซึ่งอยู่ที่ด้านหลังของจรวด มุมมองโดยรวมของเครื่องยนต์จะแสดงในรูป 28. เครื่องยนต์ทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงสององค์ประกอบ - ไวน์ธรรมดา (เอทิล) แอลกอฮอล์ที่มีความแรง 75% และออกซิเจนเหลวซึ่งเก็บไว้ในถังขนาดใหญ่สองถังแยกกันดังแสดงในรูปที่ 1 27. ปริมาณเชื้อเพลิงบนจรวดอยู่ที่ประมาณ 9 ตัน หรือเกือบ 3/4 ของน้ำหนักรวมของจรวด และในแง่ของปริมาตร ถังเชื้อเพลิงคิดเป็นส่วนใหญ่ของปริมาตรรวมของจรวด แม้จะมีเชื้อเพลิงจำนวนมาก แต่ก็เพียงพอสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ 1 นาทีเท่านั้นเนื่องจากเครื่องยนต์สิ้นเปลืองมากกว่า 125 กิโลกรัมเชื้อเพลิงต่อวินาที

รูปที่. 27. ภาพตัดขวางของขีปนาวุธพิสัยไกล

ปริมาณของส่วนประกอบเชื้อเพลิง แอลกอฮอล์และออกซิเจน จะถูกคำนวณเพื่อให้เผาไหม้พร้อมกัน เนื่องจากการเผาไหม้ 1 กิโลกรัมในกรณีนี้มีการบริโภคแอลกอฮอล์ประมาณ 1.3 กิโลกรัมออกซิเจน จากนั้นถังเชื้อเพลิงจะบรรจุแอลกอฮอล์ได้ประมาณ 3.8 ตัน และถังออกซิไดเซอร์จะบรรจุออกซิเจนเหลวได้ประมาณ 5 ตัน ดังนั้น แม้แต่ในกรณีของการใช้แอลกอฮอล์ซึ่งต้องใช้ออกซิเจนในการเผาไหม้น้อยกว่าน้ำมันเบนซินหรือน้ำมันก๊าดอย่างมาก การเติมเชื้อเพลิง (แอลกอฮอล์) เพียงอย่างเดียวโดยใช้ออกซิเจนในบรรยากาศจะทำให้เวลาการทำงานของเครื่องยนต์เพิ่มขึ้นสองถึงสามเท่า นี่คือสิ่งที่จำเป็นต้องมีตัวออกซิไดเซอร์บนจรวด

รูปที่. 28. เครื่องยนต์จรวด

คำถามเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้: จรวดจะครอบคลุมระยะทาง 300 กม. ได้อย่างไรถ้าเครื่องยนต์ทำงานเพียง 1 นาที? คำอธิบายสำหรับสิ่งนี้มีอยู่ในรูปที่ เลข 33 ซึ่งแสดงวิถีของจรวดและยังระบุการเปลี่ยนแปลงความเร็วตามวิถีด้วย

จรวดจะถูกปล่อยหลังจากติดตั้งในแนวตั้งด้วย ด้วยความช่วยเหลือของปอดอุปกรณ์สตาร์ทดังที่เห็นในรูป 26. หลังจากการปล่อยจรวดในตอนแรกจะลอยขึ้นเกือบในแนวตั้งและหลังจากการบินไป 10-12 วินาทีมันก็เริ่มเบี่ยงเบนไปจากแนวดิ่งและภายใต้อิทธิพลของหางเสือที่ควบคุมโดยไจโรสโคปจะเคลื่อนที่ไปตามวิถีโคจรใกล้กับส่วนโค้งวงกลม เที่ยวบินดังกล่าวจะคงอยู่ตราบเท่าที่เครื่องยนต์ยังทำงานอยู่ เช่น เป็นเวลาประมาณ 60 วินาที

เมื่อความเร็วถึง ค่าที่คำนวณได้อุปกรณ์ควบคุมดับเครื่องยนต์ เมื่อถึงจุดนี้ แทบไม่มีเชื้อเพลิงเหลืออยู่ในถังจรวดแล้ว ความสูงของจรวดเมื่อสิ้นสุดการทำงานของเครื่องยนต์คือ 35–37 กมและแกนจรวดทำมุม 45° กับขอบฟ้า (จุด A ในรูปที่ 29 สอดคล้องกับตำแหน่งของจรวด)

รูปที่. 29. วิถีการบินของขีปนาวุธพิสัยไกล

มุมเงยนี้ให้ระยะการบินสูงสุดในการบินครั้งต่อไป เมื่อจรวดเคลื่อนที่ตามความเฉื่อย เช่น กระสุนปืนใหญ่ซึ่งจะบินออกมาจากปืนที่มีขอบลำกล้องอยู่ที่ความสูง 35–37 กม- วิถีการบินต่อไปอยู่ใกล้กับพาราโบลาและ เวลารวมเวลาบินประมาณ 5 นาที ความสูงสูงสุดที่จรวดไปถึงคือ 95-100 กมในขณะที่จรวดสตราโตสเฟียร์เข้าถึงระดับความสูงที่สูงกว่ามากอย่างมีนัยสำคัญมากกว่า 150 กม- ในภาพถ่ายที่ถ่ายจากความสูงนี้โดยอุปกรณ์ที่ติดตั้งบนจรวด รูปร่างทรงกลมของโลกจะมองเห็นได้ชัดเจนอยู่แล้ว

เป็นเรื่องที่น่าสนใจที่จะเห็นว่าความเร็วในการบินเปลี่ยนแปลงไปตามวิถีอย่างไร เมื่อดับเครื่องยนต์ เช่น หลังจากบินได้ 60 วินาที ความเร็วในการบินจะถึง มูลค่าสูงสุดและเท่ากับประมาณ 5500 กม./ชมเช่น 1525 เมตร/วินาที- ในขณะนี้เองที่กำลังของเครื่องยนต์มีกำลังสูงสุดเช่นกัน โดยมีจำนวนถึงเกือบ 600,000 ลูกสำหรับจรวดบางลูก ล. กับ- นอกจากนี้ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ความเร็วของจรวดจะลดลง และหลังจากไปถึงจุดสูงสุดของวิถี ด้วยเหตุผลเดียวกัน มันก็เริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้งจนกระทั่งจรวดเข้าสู่ชั้นบรรยากาศที่หนาแน่น ในระหว่างการบินทั้งหมด ยกเว้นส่วนเริ่มต้น - การเร่งความเร็ว - ความเร็วของจรวดเกินกว่าความเร็วของเสียงอย่างมาก ความเร็วเฉลี่ยตลอดเส้นทางประมาณ 3500 กม./ชมและแม้แต่จรวดก็ตกลงสู่พื้นด้วยความเร็วสองเท่าครึ่งของความเร็วเสียงและเท่ากับ 3,000 กม./ชม- ซึ่งหมายความว่าจะได้ยินเสียงอันทรงพลังจากการบินของจรวดหลังจากที่ตกลงมาเท่านั้น ที่นี่จะไม่สามารถตรวจจับการเข้าใกล้ของขีปนาวุธโดยใช้เครื่องตรวจจับเสียง ซึ่งโดยปกติจะใช้ในการบินหรือกองทัพเรือ ซึ่งจะต้องใช้วิธีการที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง วิธีการดังกล่าวอาศัยการใช้คลื่นวิทยุแทนเสียง ท้ายที่สุดแล้ว คลื่นวิทยุเดินทางด้วยความเร็วแสง ซึ่งเป็นความเร็วสูงสุดในโลก แน่นอนว่าความเร็ว 300,000 กม./วินาที นั้นมากเกินพอที่จะเข้าใกล้จรวดที่บินเร็วที่สุด

มีปัญหาอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการบินด้วยความเร็วสูงของจรวด ความจริงก็คือที่ความเร็วในการบินสูงในชั้นบรรยากาศเนื่องจากการเบรกและการบีบอัดของอากาศที่ไหลเข้าสู่จรวดอุณหภูมิของร่างกายจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก การคำนวณแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิของผนังจรวดที่อธิบายไว้ข้างต้นควรสูงถึง 1,000–1100 °C อย่างไรก็ตาม การทดสอบแสดงให้เห็นว่า ในความเป็นจริงอุณหภูมินี้ต่ำกว่ามากเนื่องจากการระบายความร้อนของผนังด้วยการนำความร้อนและการแผ่รังสี แต่ก็ยังสูงถึง 600–700 °C กล่าวคือ จรวดร้อนจนถึงความร้อนสีแดง เมื่อความเร็วในการบินของจรวดเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของผนังจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและอาจกลายเป็นอุปสรรคสำคัญต่อความเร็วในการบินที่เพิ่มขึ้นอีก ขอให้เราจำไว้ว่าอุกกาบาต (หินท้องฟ้า) ระเบิดด้วยความเร็วมหาศาลมากถึง 100 กม./วินาที, ภายใน ชั้นบรรยากาศของโลกตามกฎแล้ว "เหนื่อยหน่าย" และสิ่งที่เราใช้สำหรับอุกกาบาตที่ตกลงมา ("ดาวตก") จริงๆ แล้วเป็นเพียงก้อนก๊าซร้อนและอากาศที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนตัวของอุกกาบาตด้วยความเร็วสูงใน บรรยากาศ. ดังนั้นการบินด้วยความเร็วสูงมากจึงสามารถทำได้เฉพาะในชั้นบนของชั้นบรรยากาศซึ่งมีอากาศเบาบางหรือเกินกว่านั้น ยิ่งใกล้กับพื้นดินมากเท่าไร ความเร็วในการบินที่อนุญาตก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น

รูปที่. 30. แผนผังของเครื่องยนต์จรวด

แผนภาพของเครื่องยนต์จรวดแสดงไว้ในรูปที่ 1 30. สิ่งสำคัญคือความเรียบง่ายของการออกแบบนี้เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์ลูกสูบแบบธรรมดา โดยเฉพาะเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวเกือบทั่วไป การขาดงานโดยสมบูรณ์ในวงจรกำลังของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องยนต์ องค์ประกอบหลักของเครื่องยนต์ ได้แก่ ห้องเผาไหม้ หัวฉีดไอพ่น เครื่องกำเนิดไอน้ำและก๊าซ และหน่วยเทอร์โบปั๊มสำหรับจ่ายเชื้อเพลิงและระบบควบคุม

ในห้องเผาไหม้ การเผาไหม้เชื้อเพลิงเกิดขึ้น กล่าวคือ พลังงานเคมีของเชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อน และในหัวฉีด พลังงานความร้อนของผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้จะถูกแปลงเป็นพลังงานความเร็วสูงของกระแสก๊าซที่ไหลมาจาก เครื่องยนต์ออกสู่ชั้นบรรยากาศ สถานะของก๊าซเปลี่ยนแปลงอย่างไรขณะไหลในเครื่องยนต์แสดงไว้ในรูปที่ 1 31.

ความดันในห้องเผาไหม้คือ 20–21 อาตและอุณหภูมิสูงถึง 2,700 °C ลักษณะของห้องเผาไหม้คือความร้อนจำนวนมหาศาลที่ถูกปล่อยออกมาในระหว่างการเผาไหม้ต่อหน่วยเวลาหรือตามที่พวกเขากล่าวว่าความเข้มความร้อนของห้อง ด้วยเหตุนี้ ห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวจึงเหนือกว่าอุปกรณ์เผาไหม้อื่นๆ ทั้งหมดที่รู้จักในเทคโนโลยีอย่างมาก (เตาหม้อไอน้ำ กระบอกสูบเครื่องยนต์ สันดาปภายในและคนอื่น ๆ). ในกรณีนี้ปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาต่อวินาทีในห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์เพียงพอที่จะต้มน้ำน้ำแข็งได้มากกว่า 1.5 ตัน! เพื่อให้ห้องเผาไหม้นี้ จำนวนมากความร้อนที่เกิดขึ้นจะไม่ล้มเหลว แต่จำเป็นต้องทำให้ผนังเย็นลงอย่างเข้มข้นตลอดจนผนังของหัวฉีด เพื่อความมุ่งหมายนี้ ดังที่สามารถเห็นได้ในรูปที่ 30 ห้องเผาไหม้และหัวฉีดจะถูกระบายความร้อนด้วยเชื้อเพลิง - แอลกอฮอล์ซึ่งจะล้างผนังก่อนจากนั้นจึงให้ความร้อนเท่านั้นจึงจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ระบบทำความเย็นที่เสนอโดย Tsiolkovsky ก็มีประโยชน์เช่นกัน เนื่องจากความร้อนที่ถูกดึงออกจากผนังจะไม่สูญหายและกลับสู่ห้องอีกครั้ง (บางครั้งระบบทำความเย็นนี้จึงเรียกว่าการสร้างใหม่) อย่างไรก็ตาม การระบายความร้อนภายนอกของผนังเครื่องยนต์เพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ และเพื่อลดอุณหภูมิของผนัง การระบายความร้อนของพื้นผิวภายในจึงถูกนำมาใช้พร้อมกัน เพื่อจุดประสงค์นี้ ผนังในหลายสถานที่จึงมีการเจาะเล็กๆ อยู่ในสายพานวงแหวนหลายเส้น เพื่อให้แอลกอฮอล์ไหลเข้าไปในห้องและหัวฉีดผ่านรูเหล่านี้ (ประมาณ 1/10 ของปริมาณการใช้ทั้งหมด) ฟิล์มเย็นของแอลกอฮอล์นี้ไหลและระเหยไปบนผนัง ช่วยปกป้องไม่ให้สัมผัสโดยตรงกับเปลวไฟของคบเพลิง และทำให้อุณหภูมิของผนังลดลง แม้ว่าอุณหภูมิของก๊าซที่ล้างด้านในของผนังจะเกิน 2,500 °C แต่อุณหภูมิของพื้นผิวด้านในของผนังตามที่การทดสอบแสดงให้เห็นนั้น จะต้องไม่เกิน 1,000 °C

รูปที่. 31. การเปลี่ยนแปลงสถานะของก๊าซในเครื่องยนต์

เชื้อเพลิงจะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้ผ่านทางหัวเผาก่อนห้องเผาไหม้ 18 หัวซึ่งอยู่ที่ผนังด้านท้าย ออกซิเจนเข้าสู่ห้องเตรียมการผ่านหัวฉีดส่วนกลาง และแอลกอฮอล์จะออกจากแจ็คเก็ตทำความเย็นผ่านวงแหวนหัวฉีดขนาดเล็กรอบๆ ห้องเตรียมอาหารแต่ละห้อง ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการผสมเชื้อเพลิงที่ดีเพียงพอซึ่งจำเป็นสำหรับการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ในเวลาอันสั้น เวลาอันสั้นขณะที่น้ำมันเชื้อเพลิงอยู่ในห้องเผาไหม้ (เสี้ยววินาที)

หัวฉีดเจ็ทเครื่องยนต์ทำจากเหล็ก รูปร่างของมัน ดังที่เห็นได้ชัดเจนในรูป. เบอร์ 30 และ 31 เป็นแบบเรียวก่อนแล้วจึงขยายท่อ (เรียกว่าหัวฉีดลาวาล) ดังที่ได้กล่าวไปแล้วหัวฉีดของเครื่องยนต์จรวดแบบผงมีรูปร่างเหมือนกัน อะไรอธิบายรูปร่างของหัวฉีดนี้ ดังที่ทราบกันดีว่างานของหัวฉีดคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีการขยายตัวของก๊าซอย่างสมบูรณ์เพื่อให้ได้ความเร็วไอเสียสูงสุด ในการเพิ่มความเร็วของการไหลของก๊าซผ่านท่อ หน้าตัดของมันจะต้องค่อยๆ ลดลงก่อน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อของเหลว (เช่นน้ำ) ไหลด้วย อย่างไรก็ตาม ความเร็วของก๊าซจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งเท่ากับความเร็วของเสียงในก๊าซเท่านั้น ความเร็วที่เพิ่มขึ้นอีก ไม่เหมือนของเหลว จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อท่อขยายออกเท่านั้น ความแตกต่างระหว่างการไหลของก๊าซและการไหลของของเหลวนี้เกิดจากการที่ของเหลวไม่สามารถอัดตัวได้ และปริมาตรของก๊าซจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในระหว่างการขยายตัว ที่คอของหัวฉีดเช่น ในส่วนที่แคบที่สุดความเร็วการไหลของก๊าซจะเท่ากับความเร็วของเสียงในก๊าซเสมอในกรณีของเราประมาณ 1,000 เมตร/วินาที- ความเร็วไอเสีย เช่น ความเร็วที่ส่วนทางออกของหัวฉีด คือ 2100–2200 เมตร/วินาที(ดังนั้นแรงขับจำเพาะจึงอยู่ที่ประมาณ 220 กิโลกรัม วินาที/กก).

เชื้อเพลิงจะถูกส่งจากถังไปยังห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์ภายใต้ความกดดันโดยใช้ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยกังหันและรวมเข้าด้วยกันเป็นหน่วยเทอร์โบปั๊มเดียวดังที่เห็นในรูปที่ 1 30. ในเครื่องยนต์บางรุ่น เชื้อเพลิงจะถูกจ่ายภายใต้แรงดัน ซึ่งถูกสร้างขึ้นในถังเชื้อเพลิงที่ปิดสนิทโดยใช้ก๊าซเฉื่อยบางชนิด เช่น ไนโตรเจน ซึ่งเก็บไว้ภายใต้แรงดันสูงในกระบอกสูบพิเศษ ระบบจ่ายดังกล่าวนั้นง่ายกว่าระบบปั๊ม แต่ด้วยกำลังเครื่องยนต์ที่สูงพอสมควรกลับกลายเป็นว่าหนักกว่า อย่างไรก็ตาม แม้ว่าเราจะอธิบายเรื่องการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงแบบสูบในเครื่องยนต์ แต่ถังทั้งออกซิเจนและแอลกอฮอล์ก็ยังอยู่ภายใต้แรงกดดันส่วนเกินจากภายใน เพื่อช่วยอำนวยความสะดวกในการทำงานของปั๊มและป้องกันถังจากการพังทลาย ความกดดันนี้ (1.2–1.5 อาต) ถูกสร้างขึ้นในถังแอลกอฮอล์โดยอากาศหรือไนโตรเจน ในถังออกซิเจนโดยไอระเหยของออกซิเจนที่ระเหยได้

ปั๊มทั้งสองแบบเป็นแบบแรงเหวี่ยง กังหันที่ขับเคลื่อนปั๊มทำงานบนส่วนผสมของก๊าซไอน้ำซึ่งเป็นผลมาจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในเครื่องกำเนิดก๊าซไอน้ำแบบพิเศษ โซเดียมเปอร์แมงกาเนตถูกส่งไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำและก๊าซจากถังพิเศษซึ่งเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เร่งการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เมื่อปล่อยจรวด ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ภายใต้ความดันไนโตรเจนจะเข้าสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำและก๊าซ ซึ่งปฏิกิริยาการสลายตัวอย่างรุนแรงของเปอร์ออกไซด์เริ่มต้นขึ้น และปล่อยไอน้ำและออกซิเจนที่เป็นก๊าซออกมา (นี่คือสิ่งที่เรียกว่า "ปฏิกิริยาเย็น" ซึ่งบางครั้งใช้เพื่อ สร้างแรงผลักดันโดยเฉพาะในการปล่อยเครื่องยนต์จรวด) ส่วนผสมไอ-ก๊าซที่มีอุณหภูมิประมาณ 400 °C และความดันมากกว่า 20 อาตเข้าสู่วงล้อกังหันแล้วปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศ พลังงานกังหันถูกใช้ไปกับการขับเคลื่อนปั๊มเชื้อเพลิงทั้งสองตัว กำลังนี้ไม่เล็กนัก - ที่ 4,000 รอบต่อนาทีของล้อกังหันจะถึงเกือบ 500 ล. กับ.

เนื่องจากส่วนผสมของออกซิเจนและแอลกอฮอล์ไม่ใช่เชื้อเพลิงที่ทำปฏิกิริยาได้เอง จึงจำเป็นต้องมีระบบจุดระเบิดบางประเภทเพื่อเริ่มการเผาไหม้ ในเครื่องยนต์การจุดระเบิดจะดำเนินการโดยใช้เครื่องจุดไฟแบบพิเศษซึ่งก่อตัวเป็นคบเพลิง เพื่อจุดประสงค์นี้ มักจะใช้ฟิวส์จุดไฟ (ตัวจุดไฟที่เป็นของแข็ง เช่น ดินปืน) โดยทั่วไปจะใช้ตัวจุดไฟแบบของเหลวน้อยกว่า

มีการปล่อยจรวดดังนี้ เมื่อจุดไฟจุดระเบิด วาล์วหลักจะเปิดขึ้น ซึ่งแอลกอฮอล์และออกซิเจนจะไหลผ่านแรงโน้มถ่วงจากถังเข้าสู่ห้องเผาไหม้ วาล์วทั้งหมดในเครื่องยนต์ได้รับการควบคุมโดยใช้ไนโตรเจนอัดที่เก็บไว้ในจรวดในแบตเตอรี่กระบอกสูบ ความดันสูง- เมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงเริ่มต้นขึ้น ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ในระยะไกลจะใช้หน้าสัมผัสทางไฟฟ้าเพื่อจ่ายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ให้กับเครื่องกำเนิดไอน้ำและก๊าซ กังหันเริ่มทำงาน ซึ่งจะขับเคลื่อนปั๊มที่จ่ายแอลกอฮอล์และออกซิเจนไปยังห้องเผาไหม้ แรงขับจะเพิ่มขึ้นและเมื่อมันมีน้ำหนักมากกว่าจรวด (12–13 ตัน) จรวดก็จะพุ่งออกไป นับตั้งแต่วินาทีที่เปลวไฟนักบินถูกจุดจนกระทั่งเครื่องยนต์พัฒนาแรงขับเต็มที่ เวลาผ่านไปเพียง 7-10 วินาที

เมื่อสตาร์ทเป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนประกอบเชื้อเพลิงทั้งสองเข้าไปในห้องเผาไหม้อย่างเข้มงวด นี่เป็นหนึ่งในงานที่สำคัญของระบบควบคุมและควบคุมเครื่องยนต์ หากส่วนประกอบตัวใดตัวหนึ่งสะสมอยู่ในห้องเผาไหม้ (เนื่องจากการเข้ามาของส่วนประกอบอื่นล่าช้า) มักจะเกิดการระเบิดตามมาซึ่งมักทำให้เครื่องยนต์ขัดข้อง สิ่งนี้ควบคู่ไปกับการหยุดชะงักของการเผาไหม้แบบสุ่ม เป็นหนึ่งในสาเหตุที่พบบ่อยที่สุดของอุบัติเหตุระหว่างการทดสอบเครื่องยนต์จรวดเหลว

ที่น่าสังเกตคือน้ำหนักของเครื่องยนต์ไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับแรงขับที่พัฒนาขึ้น ด้วยน้ำหนักเครื่องยนต์น้อยกว่า 1,000 กิโลกรัมแรงขับคือ 25 ตันดังนั้น แรงดึงดูดเฉพาะเครื่องยนต์คือน้ำหนักต่อหน่วยแรงขับเท่ากับเท่านั้น

สำหรับการเปรียบเทียบ เราชี้ให้เห็นว่าเครื่องยนต์ลูกสูบแบบธรรมดาที่ขับเคลื่อนโดยใบพัดมีความถ่วงจำเพาะที่ 1–2 กก./กกนั่นคือมากกว่าหลายสิบเท่า สิ่งสำคัญคือความถ่วงจำเพาะของเครื่องยนต์จรวดไม่เปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของความเร็วในการบิน ในขณะที่ความถ่วงจำเพาะ เครื่องยนต์ลูกสูบเติบโตอย่างรวดเร็วด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น

เครื่องยนต์จรวดเหลวสำหรับเครื่องบินจรวด

รูปที่. 32.โครงการเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวแบบปรับแรงขับได้

1 - เข็มที่เคลื่อนย้ายได้; 2 - กลไกการเคลื่อนที่ของเข็ม; 3 - การจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง; 4 - แหล่งจ่ายออกซิไดเซอร์

ข้อกำหนดหลักสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นเหลวสำหรับการบินคือความสามารถในการเปลี่ยนแรงขับที่พัฒนาตามเงื่อนไขการบินของเครื่องบิน จนถึงการหยุดและสตาร์ทเครื่องยนต์ใหม่ในขณะบิน วิธีที่ง่ายและธรรมดาที่สุดในการเปลี่ยนแรงขับของเครื่องยนต์คือการควบคุมการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงไปยังห้องเผาไหม้ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงความดันในห้องและแรงขับ อย่างไรก็ตามวิธีนี้ไม่ได้ประโยชน์เนื่องจากเมื่อความดันในห้องเผาไหม้ลดลงลดลงเพื่อลดแรงขับสัดส่วนของพลังงานความร้อนของเชื้อเพลิงที่เปลี่ยนเป็นพลังงานความเร็วสูงของไอพ่นจะลดลง สิ่งนี้นำไปสู่การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น 1 กิโลกรัมแรงผลักดันและด้วยเหตุนี้จึงเท่ากับ 1 ล. กับ- กำลังเช่น เครื่องยนต์เริ่มทำงานอย่างประหยัดน้อยลง เพื่อลดข้อเสียนี้ เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวของเครื่องบินมักจะมีห้องเผาไหม้สองถึงสี่ห้องแทนที่จะเป็นห้องเดียว ซึ่งทำให้สามารถปิดห้องหนึ่งห้องขึ้นไปได้เมื่อทำงานโดยใช้พลังงานลดลง การควบคุมแรงขับโดยการเปลี่ยนความดันในห้องเพาะเลี้ยง เช่น โดยการจ่ายเชื้อเพลิง ในกรณีนี้จะยังคงอยู่ แต่ใช้เฉพาะในช่วงเล็กน้อยไม่เกินครึ่งหนึ่งของแรงขับของห้องที่ปิดอยู่ วิธีที่ได้เปรียบที่สุดในการควบคุมแรงขับของเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวคือการเปลี่ยนพื้นที่การไหลของหัวฉีดในขณะเดียวกันก็ลดการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงไปพร้อมกันเนื่องจากในกรณีนี้ปริมาณก๊าซที่หลบหนีจะลดลงต่อวินาที ทำได้โดยรักษาความดันในห้องเผาไหม้ให้คงที่และความเร็วไอเสียด้วย การควบคุมพื้นที่การไหลของหัวฉีดดังกล่าวสามารถดำเนินการได้ ตัวอย่างเช่น การใช้เข็มที่สามารถเคลื่อนย้ายได้ที่มีโปรไฟล์พิเศษ ดังแสดงในรูป เลขที่ 32 แสดงให้เห็นการออกแบบเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวที่มีการควบคุมแรงขับในลักษณะนี้

ในรูป รูปที่ 33 แสดงเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสำหรับการบินแบบห้องเดียว และรูปที่ 33 34 - เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวแบบเดียวกัน แต่มีห้องขนาดเล็กเพิ่มเติม ซึ่งใช้ในโหมดการบินล่องเรือเมื่อต้องใช้แรงขับเพียงเล็กน้อย กล้องหลักปิดสนิท ห้องทั้งสองทำงานในโหมดสูงสุด โดยห้องที่ใหญ่กว่านั้นมีแรงขับที่ 1,700 กิโลกรัม,และเล็ก - 300 กิโลกรัมดังนั้นแรงขับทั้งหมดคือ 2,000 กิโลกรัม- มิฉะนั้นเครื่องยนต์จะมีการออกแบบคล้ายกัน

เครื่องยนต์ที่แสดงไว้ในรูปที่ 33 และ 34 ทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงที่จุดไฟได้เอง เชื้อเพลิงนี้ประกอบด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นตัวออกซิไดเซอร์ และไฮดราซีนไฮเดรตเป็นเชื้อเพลิง ในอัตราส่วนน้ำหนัก 3:1 เชื้อเพลิงนั้นมีองค์ประกอบที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยไฮดราซีนไฮเดรต เมทิลแอลกอฮอล์ และเกลือของทองแดง เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ช่วยให้เกิดปฏิกิริยาที่รวดเร็ว (ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นด้วย) ข้อเสียของเชื้อเพลิงชนิดนี้คือทำให้ชิ้นส่วนเครื่องยนต์สึกกร่อน

น้ำหนักของเครื่องยนต์ห้องเดียวคือ 160 กิโลกรัม, ความถ่วงจำเพาะคือ

ต่อแรงขับหนึ่งกิโลกรัม ความยาวเครื่องยนต์ - 2.2 ม- ความดันในห้องเผาไหม้ประมาณ 20 อาต- เมื่อใช้งานโดยจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงขั้นต่ำเพื่อให้ได้แรงขับต่ำสุดคือ 100 กิโลกรัมความดันในห้องเผาไหม้ลดลงเหลือ 3 อาต- อุณหภูมิในห้องเผาไหม้สูงถึง 2,500 °C อัตราการไหลของก๊าซอยู่ที่ประมาณ 2,100 เมตร/วินาที- ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงคือ 8 กก./วินาทีและอัตราสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงจำเพาะคือ 15.3 กิโลกรัมค่าน้ำมันสำหรับ 1 กิโลกรัมแรงผลักดันต่อชั่วโมง

รูปที่. 33. เครื่องยนต์จรวดห้องเดียวสำหรับเครื่องบินจรวด

รูปที่. 34. เครื่องยนต์จรวดบินสองห้อง

รูปที่. 35. โครงการจัดหาเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวสำหรับการบิน

แผนภาพการจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์แสดงไว้ในรูปที่ 1 35. เช่นเดียวกับเครื่องยนต์จรวด เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์ซึ่งเก็บไว้ในถังแยกกันจะถูกจ่ายภายใต้แรงดันประมาณ 40 อาตปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยกังหัน มุมมองทั่วไปของหน่วยเทอร์โบปั๊มแสดงไว้ในรูปที่ 1 36. กังหันทำงานบนส่วนผสมของไอน้ำและก๊าซซึ่งเมื่อก่อนได้มาจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในเครื่องกำเนิดก๊าซไอน้ำซึ่งในกรณีนี้จะเต็มไปด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นของแข็ง ก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ น้ำมันเชื้อเพลิงจะทำให้ผนังของหัวฉีดและห้องเผาไหม้เย็นลง โดยหมุนเวียนอยู่ในเสื้อระบายความร้อนแบบพิเศษ การเปลี่ยนแปลงการจ่ายเชื้อเพลิงที่จำเป็นในการควบคุมแรงขับของเครื่องยนต์ระหว่างการบินทำได้โดยการเปลี่ยนการจ่ายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ให้กับเครื่องกำเนิดไอน้ำและก๊าซ ซึ่งทำให้ความเร็วกังหันเปลี่ยนแปลง ความเร็วกังหันสูงสุดคือ 17,200 รอบต่อนาที เครื่องยนต์สตาร์ทโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนหน่วยเทอร์โบปั๊ม

รูปที่. 36. หน่วย Turbopump ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวในการบิน

1 - ขับเคลื่อนเกียร์จากมอเตอร์ไฟฟ้าสตาร์ท 2 - ปั๊มสำหรับออกซิไดเซอร์; 3 - กังหัน; 4 - ปั๊มน้ำมันเชื้อเพลิง; 5 - ท่อไอเสียกังหัน

ในรูป รูปที่ 37 แสดงแผนภาพการติดตั้งเครื่องยนต์จรวดแบบห้องเดียวที่ลำตัวด้านหลังของเครื่องบินจรวดทดลองลำหนึ่ง

วัตถุประสงค์ของเครื่องบินที่มีเครื่องยนต์ไอพ่นเชื้อเพลิงเหลวนั้นพิจารณาจากคุณสมบัติของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว - แรงขับสูงและด้วยเหตุนี้พลังงานสูงที่ความเร็วในการบินสูงและระดับความสูงสูงและประสิทธิภาพต่ำนั่นคือการสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงสูง ดังนั้นเครื่องยนต์จรวดเหลวจึงมักติดตั้งบนเครื่องบินทหาร - เครื่องบินรบสกัดกั้น หน้าที่ของเครื่องบินดังกล่าวคือการขึ้นบินและเข้าจอดอย่างรวดเร็วเมื่อได้รับสัญญาณว่าเครื่องบินข้าศึกกำลังเข้าใกล้ ความสูงที่มากขึ้นซึ่งเครื่องบินเหล่านี้มักจะบิน จากนั้นใช้ความได้เปรียบในด้านความเร็วในการบิน บังคับการต่อสู้ทางอากาศกับศัตรู ระยะเวลาการบินทั้งหมดของเครื่องบินที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลวนั้นพิจารณาจากความจุเชื้อเพลิงของเครื่องบินและอยู่ที่ 10–15 นาที ดังนั้นเครื่องบินเหล่านี้จึงมักจะบินได้ ปฏิบัติการรบเฉพาะในพื้นที่สนามบินของคุณเท่านั้น

รูปที่. ๓๗. โครงการติดตั้งเครื่องยนต์จรวดบนเครื่องบิน

รูปที่. 38. เครื่องบินรบจรวด (ดูในการฉายภาพสามภาพ)

ในรูป รูปที่ 38 แสดงเครื่องบินขับไล่สกัดกั้นพร้อมเครื่องยนต์ขับเคลื่อนเชื้อเพลิงเหลวตามที่อธิบายไว้ข้างต้น ขนาดของเครื่องบินลำนี้มักจะมีขนาดเล็กเช่นเดียวกับเครื่องบินประเภทอื่นๆ น้ำหนักรวมของเครื่องบินพร้อมเชื้อเพลิงคือ 5100 กิโลกรัม- ปริมาณเชื้อเพลิงสำรอง (มากกว่า 2.5 ตัน) เพียงพอสำหรับการทำงานของเครื่องยนต์เต็มกำลังเพียง 4.5 นาที ความเร็วสูงสุดเที่ยวบิน - มากกว่า 950 กม./ชม- เพดานของเครื่องบินคือความสูงสูงสุดที่สามารถเข้าถึงได้คือ 16,000 ม- อัตราการไต่ขึ้นของเครื่องบินนั้นโดดเด่นด้วยความจริงที่ว่าใน 1 นาทีมันสามารถเพิ่มขึ้นจาก 6 เป็น 12 กม.

รูปที่. 39. การออกแบบเครื่องบินจรวด

ในรูป รูปที่ 39 แสดงการออกแบบเครื่องบินอีกลำหนึ่งที่มีเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลว เป็นเครื่องบินต้นแบบที่สร้างขึ้นเพื่อให้บรรลุความเร็วการบินที่เหนือกว่าความเร็วเสียง (เช่น 1200 กม./ชมใกล้พื้นดิน) บนเครื่องบินที่ส่วนด้านหลังของลำตัวมีการติดตั้งเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลวซึ่งมีห้องสี่ห้องที่เหมือนกันโดยมีแรงขับรวม 2,720 กิโลกรัม- ความยาวเครื่องยนต์ 1400 มมเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 480 มมน้ำหนัก 100 กิโลกรัม- ปริมาณเชื้อเพลิงสำรองบนเครื่องบินซึ่งใช้แอลกอฮอล์และออกซิเจนเหลวคือ 2,360 ล.

รูปที่. 40. เครื่องยนต์จรวดบินสี่ห้อง

ลักษณะของเครื่องยนต์นี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 40.

การใช้งานอื่นๆ ของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว

นอกเหนือจากการใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวเป็นหลักเป็นเครื่องยนต์สำหรับขีปนาวุธพิสัยไกลและเครื่องบินจรวดแล้ว ปัจจุบันเครื่องยนต์เหล่านี้ยังใช้ในกรณีอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่ง

เครื่องยนต์จรวดเหลวถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเครื่องยนต์สำหรับขีปนาวุธจรวดหนัก คล้ายกับที่แสดงในรูปที่ 1 41. เครื่องยนต์ของกระสุนปืนนี้สามารถใช้เป็นตัวอย่างของเครื่องยนต์จรวดธรรมดาได้ เชื้อเพลิง (น้ำมันเบนซินและออกซิเจนเหลว) จะถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้ของเครื่องยนต์นี้ภายใต้แรงดันของก๊าซที่เป็นกลาง (ไนโตรเจน) ในรูป ภาพที่ 42 แสดงแผนภาพจรวดหนักที่ใช้เป็นจรวดที่ทรงพลัง เปลือกต่อต้านอากาศยาน- แสดงในแผนภาพ ขนาดจรวด

เครื่องยนต์จรวดเหลวยังใช้เป็นสตาร์ทเครื่องยนต์ของเครื่องบินอีกด้วย ในกรณีนี้บางครั้งอาจใช้ปฏิกิริยาการสลายตัวที่อุณหภูมิต่ำของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เครื่องยนต์ดังกล่าวเรียกว่า "เย็น"

มีหลายกรณีของการใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวเป็นตัวเร่งสำหรับเครื่องบิน โดยเฉพาะเครื่องบินที่ใช้เครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท ในกรณีนี้ บางครั้งปั๊มจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกขับเคลื่อนจากเพลาของเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ท

นอกจากเครื่องยนต์แบบผงแล้ว เครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวยังใช้ในการยิงและเร่งความเร็วยานพาหนะบินได้ (หรือรุ่น) ด้วยเครื่องยนต์แรมเจ็ทอีกด้วย ดังที่ทราบกันดีว่าเครื่องยนต์เหล่านี้พัฒนาแรงขับที่สูงมากที่ความเร็วการบินสูง ซึ่งสูงกว่าความเร็วเสียง แต่จะไม่พัฒนาแรงขับเลยในระหว่างการบินขึ้น

ท้ายที่สุด ควรกล่าวถึงการใช้งานเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งเกิดขึ้นที่ เมื่อเร็วๆ นี้- เพื่อศึกษาพฤติกรรมของเครื่องบินที่บินด้วยความเร็วสูง การเข้าใกล้และเกินความเร็วของเสียง จำเป็นต้องมีงานวิจัยที่จริงจังและมีราคาแพง โดยเฉพาะอย่างยิ่งจำเป็นต้องกำหนดความต้านทานของปีกเครื่องบิน (ส่วนกำหนดค่า) ซึ่งโดยปกติจะดำเนินการในอุโมงค์ลมแบบพิเศษ จำเป็นต้องมีเพื่อสร้างเงื่อนไขในท่อดังกล่าวให้สอดคล้องกับการบินของเครื่องบินด้วยความเร็วสูง โรงไฟฟ้ากำลังที่สูงมากในการขับเคลื่อนพัดลมที่สร้างกระแสในท่อ เป็นผลให้การสร้างและการทำงานของท่อสำหรับการทดสอบที่ความเร็วเหนือเสียงต้องใช้ต้นทุนมหาศาล

เมื่อเร็ว ๆ นี้พร้อมกับการสร้างท่อความเร็วเหนือเสียงปัญหาในการศึกษาโปรไฟล์ปีกต่าง ๆ ของเครื่องบินความเร็วสูงรวมถึงการทดสอบไอพ่นแรมเจ็ทก็กำลังได้รับการแก้ไขด้วยความช่วยเหลือของไอพ่นขับเคลื่อนของเหลว

รูปที่. 41. กระสุนจรวดพร้อมเครื่องยนต์ขับเคลื่อนของเหลว

เครื่องยนต์ ตามวิธีใดวิธีหนึ่งเหล่านี้ โปรไฟล์ที่กำลังศึกษาจะถูกตั้งค่าเป็น ขีปนาวุธพิสัยไกลด้วยเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนของเหลวคล้ายกับที่อธิบายไว้ข้างต้น และการอ่านทั้งหมดจากเครื่องมือที่วัดความต้านทานของโปรไฟล์ในการบินจะถูกส่งไปยังภาคพื้นดินโดยใช้อุปกรณ์วิทยุเทเลเมตริก

รูปที่. 42. แผนภาพการออกแบบกระสุนปืนต่อต้านอากาศยานอันทรงพลังพร้อมเครื่องยนต์จรวด

7 - หัวหน้าการต่อสู้; 2 - กระบอกไนโตรเจนอัด; 3 - ถังพร้อมออกซิไดเซอร์; 4 - ถังน้ำมันเชื้อเพลิง; 5 - เครื่องยนต์ไอพ่นขับเคลื่อนของเหลว

อีกวิธีหนึ่งคือการสร้างรถจรวดแบบพิเศษที่เคลื่อนที่ไปตามรางโดยใช้เครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว ผลการทดสอบของโปรไฟล์ที่ติดตั้งบนรถเข็นดังกล่าวในกลไกการชั่งน้ำหนักแบบพิเศษจะถูกบันทึกโดยเครื่องมืออัตโนมัติพิเศษที่อยู่บนรถเข็นเช่นกัน รถจรวดดังกล่าวแสดงไว้ในรูปที่ 1 43. ความยาวของรางรถไฟสามารถยาวได้ถึง 2–3 กม.

รูปที่. 43. รถจรวดสำหรับทดสอบโปรไฟล์ปีกเครื่องบิน

จากหนังสือ การระบุและแก้ไขปัญหาในรถของคุณด้วยตัวเอง ผู้เขียน โซโลนิทสกี้ วลาดิมีร์

เครื่องยนต์ทำงานไม่เสถียรในทุกโหมด ความผิดปกติของระบบจุดระเบิด การสึกหรอและความเสียหายต่อคาร์บอนสัมผัส ซึ่งแขวนอยู่ในฝาครอบตัวจ่ายไฟ กระแสไฟฟ้ารั่วลงดินผ่านการสะสมของคาร์บอนหรือความชื้นบนพื้นผิวด้านในของฝาครอบ เปลี่ยนผู้ติดต่อ

จากหนังสือเรือรบ "ปีเตอร์ เดอะ เกรท" ผู้เขียน

เครื่องยนต์ทำงานผิดปกติที่ความเร็วรอบเครื่องยนต์ต่ำหรือหยุดทำงานเมื่อไม่ได้ใช้งาน คาร์บูเรเตอร์ทำงานผิดปกติ ต่ำหรือ ระดับสูงเชื้อเพลิงในห้องลอย ระดับต่ำ– มีเสียงดังในคาร์บูเรเตอร์, มีเสียงดังสูงในท่อไอเสีย บนท่อไอเสีย

จากหนังสือเรือรบ “นวริน” ผู้เขียน อาร์บูซอฟ วลาดิมีร์ วาซิลีวิช

เครื่องยนต์ทำงานตามปกติเมื่อไม่ได้ใช้งาน แต่รถจะเร่งความเร็วช้าๆ และ "ลดลง"; การตอบสนองของเครื่องยนต์ไม่ดี ความผิดปกติของระบบจุดระเบิด ไม่ได้ปรับช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัสเบรกเกอร์ ปรับมุมของสถานะปิดของหน้าสัมผัส

จากหนังสือเครื่องบินของโลก 2000 02 ผู้เขียน ไม่ทราบผู้เขียน

เครื่องยนต์ "troits" - หนึ่งหรือสองกระบอกสูบไม่ทำงาน ความผิดปกติของระบบจุดระเบิดของเครื่องยนต์ไม่เสถียรที่ความเร็วต่ำและปานกลาง ปริมาณการใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้น ท่อไอเสียเป็นสีน้ำเงิน เสียงที่ปล่อยออกมาเป็นระยะ ๆ จะค่อนข้างอู้อี้ซึ่งดีเป็นพิเศษ

จากหนังสือ World of Aviation 1996 02 ผู้เขียน ไม่ทราบผู้เขียน

เมื่อเปิดวาล์วปีกผีเสื้ออย่างแรง เครื่องยนต์จะทำงานเป็นระยะๆ กลไกการจ่ายก๊าซทำงานผิดปกติ ทุก ๆ 10,000 กม. (สำหรับ VAZ-2108, -2109 หลังจาก 30,000 กม.) ปรับระยะห่างของวาล์ว ด้วยการลด

จากหนังสือการบริการและซ่อม Volga GAZ-3110 ผู้เขียน โซโลนิตสกี้ วลาดิมีร์ อเล็กเซวิช

เครื่องยนต์ทำงานไม่สม่ำเสมอและไม่เสถียรที่ความเร็วเพลาข้อเหวี่ยงปานกลางและสูง ความผิดปกติของระบบจุดระเบิด การปรับช่องว่างหน้าสัมผัสของเบรกเกอร์ไม่ถูกต้อง หากต้องการปรับช่องว่างระหว่างหน้าสัมผัสอย่างแม่นยำ อย่าวัดช่องว่างนั้นเองและแม้แต่ช่องว่างที่ล้าสมัย

จากหนังสือ Rocket Engines ผู้เขียน กิลซิน คาร์ล อเล็กซานโดรวิช

แอปพลิเคชั่น วิธีจัดระเบียบ "PETER THE GREAT" 1. ความคุ้มค่าต่อการเดินเรือและความคล่องตัว การทดสอบทั้งหมดที่ดำเนินการในปี พ.ศ. 2419 เผยให้เห็นถึงความคุ้มค่าต่อการเดินเรือดังต่อไปนี้ ความปลอดภัยของการเดินเรือในมหาสมุทรของ "ปีเตอร์มหาราช" ไม่ได้สร้างแรงบันดาลใจให้เกิดความกังวล แต่การรวมอยู่ในกลุ่มมอนิเตอร์

จากหนังสือเครื่องยนต์แอร์เจ็ท ผู้เขียน กิลซิน คาร์ล อเล็กซานโดรวิช

วิธีสร้างเรือประจัญบาน "นวารินทร์" ตัวเรือมีความยาวสูงสุด 107 ม. (ความยาวระหว่างตั้งฉาก 105.9 ม.) กว้าง 20.42 ร่างแบบ โค้ง 7.62 ม. และท้ายเรือ 8.4 ม. ประกอบจาก 93 เฟรม (กว้าง 1.2 เมตร) เฟรมให้ความแข็งแรงตามยาวและสมบูรณ์

จากหนังสือประวัติศาสตร์วิศวกรรมไฟฟ้า ผู้เขียน ทีมนักเขียน

Su-10 เป็นเครื่องบินทิ้งระเบิดลำแรกของสำนักออกแบบ ปณ. Sukhoi Nikolay GORDYUKOVหลังสงครามโลกครั้งที่สอง ยุคของการบินเจ็ตเริ่มต้นขึ้น การติดตั้งใหม่ของกองทัพอากาศโซเวียตและต่างประเทศพร้อมเครื่องบินรบด้วยเครื่องยนต์เทอร์โบเจ็ทเกิดขึ้นเร็วมาก อย่างไรก็ตามการสร้าง

จากหนังสือของผู้เขียน

จากหนังสือของผู้เขียน

เครื่องยนต์ทำงานไม่เสถียรที่ความเร็วเพลาข้อเหวี่ยงต่ำหรือหยุดทำงานเมื่อไม่ได้ใช้งาน รูปที่. 9. สกรูปรับคาร์บูเรเตอร์: 1 – สกรูปรับการทำงาน (สกรูปริมาณ); 2 – สกรูผสมส่วนผสม (สกรูคุณภาพ) พร้อมตัวจำกัด

จากหนังสือของผู้เขียน

เครื่องยนต์ไม่เสถียรในทุกโหมด

จากหนังสือของผู้เขียน

โครงสร้างและการทำงานของเครื่องยนต์จรวดแบบผงองค์ประกอบโครงสร้างหลักของเครื่องยนต์จรวดแบบผงเช่นเดียวกับเครื่องยนต์จรวดอื่น ๆ คือห้องเผาไหม้และหัวฉีด (รูปที่ 16) เนื่องจากความจริงที่ว่าอุปทานของดินปืนก็เหมือนกัน เชื้อเพลิงแข็งโดยทั่วไปไปที่ห้อง

จากหนังสือของผู้เขียน

เชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ไอพ่นที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลว คุณสมบัติและคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของเครื่องยนต์ไอพ่นที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวและการออกแบบนั้น ขึ้นอยู่กับเชื้อเพลิงที่ใช้ในเครื่องยนต์เป็นหลัก ข้อกำหนดหลักสำหรับเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวคือ

จากหนังสือของผู้เขียน

บทที่ห้า เครื่องยนต์ไอพ่นที่เร้าใจ เมื่อมองแวบแรก ความเป็นไปได้ในการทำให้เครื่องยนต์ง่ายขึ้นอย่างมากเมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วการบินสูงนั้นดูแปลก และอาจเหลือเชื่อด้วยซ้ำ ประวัติศาสตร์การบินทั้งหมดยังคงพูดถึงสิ่งที่ตรงกันข้าม นั่นคือการต่อสู้

จากหนังสือของผู้เขียน

6.6.7. อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ในไดรฟ์ไฟฟ้า ตัวแปลงไทริสเตอร์ของระบบ - มอเตอร์ (TP - D) และแหล่งที่มาปัจจุบัน - มอเตอร์ (ไอที - D) V ปีหลังสงครามในห้องปฏิบัติการชั้นนำของโลกมีความก้าวหน้าในด้านอิเล็กทรอนิกส์กำลังซึ่งทำให้หลายคนเปลี่ยนแปลงไปอย่างสิ้นเชิง

โดยทั่วไป การให้ความร้อนของของไหลทำงานเป็นส่วนประกอบของกระบวนการทำงานของเครื่องยนต์จรวดความร้อน ยิ่งไปกว่านั้น การมีแหล่งความร้อน - จำเป็นต้องมีเครื่องทำความร้อนอย่างเป็นทางการ (ในบางกรณีพลังงานความร้อนอาจเป็นศูนย์) ประเภทของมันสามารถจำแนกตามประเภทของพลังงานที่แปลงเป็นความร้อน ดังนั้นเราจึงได้รับเครื่องหมายการจำแนกประเภทตามเครื่องยนต์จรวดความร้อนตามประเภทของพลังงานที่แปลงเป็น พลังงานความร้อนสารทำงานแบ่งออกเป็นไฟฟ้านิวเคลียร์ (รูปที่ 10.1) และสารเคมี (รูปที่ 13.1 ระดับ 2)

การออกแบบ การออกแบบ และพารามิเตอร์ที่สามารถทำได้ของเครื่องยนต์จรวดที่ใช้เชื้อเพลิงเคมีนั้นส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยสถานะรวมของเชื้อเพลิงจรวด เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเคมี (บางครั้งเรียกว่าเครื่องยนต์จรวดเคมีในวรรณคดีต่างประเทศ) บนพื้นฐานนี้แบ่งออกเป็น:

เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว - เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่เมื่อเก็บไว้บนเรือจะเป็นของเหลว (รูปที่ 13.1 ระดับ 3; ภาพถ่าย, ภาพถ่าย)

เครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง - มอเตอร์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง (รูปที่ 1.7, 9.4, ภาพถ่าย, ภาพถ่าย),

เครื่องยนต์จรวดไฮบริด - GRD ซึ่งเป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิงที่อยู่บนเรือในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน (รูปที่ 11.2)

คุณลักษณะที่ชัดเจนของการจำแนกประเภทของเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเคมีคือจำนวนส่วนประกอบของจรวด

ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวที่ใช้เชื้อเพลิงองค์ประกอบเดียวหรือสององค์ประกอบ เครื่องยนต์ก๊าซเชื้อเพลิงใช้เชื้อเพลิงสามองค์ประกอบ (ตามคำศัพท์ต่างประเทศ - เชื้อเพลิงไตรบริด) (รูปที่ 13.1 ระดับ 4)

ขึ้นอยู่กับลักษณะการออกแบบเป็นไปได้ที่จะจำแนกเครื่องยนต์จรวดได้หลายประเภท แต่ความแตกต่างที่สำคัญในประสิทธิภาพของฟังก์ชั่นเป้าหมายนั้นถูกกำหนดโดยโครงร่างการจัดหาส่วนประกอบไปยังห้องเผาไหม้ การจำแนกประเภทโดยทั่วไปที่สุดบนพื้นฐานนี้คือเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลว

การจำแนกประเภทของเชื้อเพลิงจรวด

RT แบ่งออกเป็นของแข็งและของเหลว เชื้อเพลิงจรวดที่เป็นของแข็งมีข้อดีมากกว่าเชื้อเพลิงเหลวหลายประการ: เชื้อเพลิงเหล่านี้จะถูกเก็บไว้เป็นเวลานาน ไม่ส่งผลกระทบต่อเปลือกจรวด และไม่เป็นอันตรายต่อบุคลากรที่ทำงานร่วมกับเชื้อเพลิงเหล่านี้เนื่องจากมีความเป็นพิษต่ำ

อย่างไรก็ตาม ลักษณะการระเบิดของการเผาไหม้ทำให้เกิดปัญหาในการใช้งาน

สารขับดันจรวดที่เป็นของแข็ง ได้แก่ สารขับดัน ballista และ cordite ที่มีไนโตรเซลลูโลสเป็นส่วนประกอบ

เครื่องยนต์ไอพ่นเหลวซึ่งเป็นแนวคิดของ K.E. Tsiolkovsky เป็นเรื่องธรรมดาที่สุดในด้านอวกาศ

RT ของเหลวอาจเป็นองค์ประกอบเดียวหรือสององค์ประกอบ (สารออกซิไดเซอร์และสารไวไฟ)

สารออกซิไดซ์ได้แก่: กรดไนตริกและไนโตรเจนออกไซด์ (ไดออกไซด์, เทตรอกไซด์), ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, ออกซิเจนเหลว, ฟลูออรีน และสารประกอบของมัน

น้ำมันก๊าด ไฮโดรเจนเหลว และไฮดราซีนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคือไฮดราซีนและไดเมทิลไฮดราซีนที่ไม่สมมาตร (UDMH)

สารที่ประกอบเป็นของเหลว RT มีความก้าวร้าวสูงและเป็นพิษต่อมนุษย์ การบริการทางการแพทย์จึงประสบปัญหาในการดำเนินมาตรการป้องกันเพื่อปกป้องบุคลากรจากพิษจากซีอาร์ทีแบบเฉียบพลันและเรื้อรังโดยจัดให้มี การดูแลฉุกเฉินในกรณีที่พ่ายแพ้

ในเรื่องนี้ มีการศึกษาการเกิดโรคและภาพทางคลินิกของรอยโรค วิธีการให้การดูแลฉุกเฉินและการรักษาผู้ที่ได้รับผลกระทบกำลังได้รับการพัฒนา วิธีการปกป้องผิวหนังและอวัยวะระบบทางเดินหายใจกำลังถูกสร้างขึ้น และความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตของ CRT ต่างๆ และ มีการกำหนดมาตรฐานด้านสุขอนามัยที่จำเป็น

ยานปล่อยและระบบขับเคลื่อนของยานอวกาศต่างๆ ถือเป็นพื้นที่หลักในการใช้งานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงเหลว

ข้อดีของเครื่องยนต์จรวดเหลวมีดังต่อไปนี้:

แรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุดในเครื่องยนต์จรวดเคมีประเภทเดียวกัน (มากกว่า 4,500 ม./วินาที สำหรับคู่ออกซิเจน-ไฮโดรเจน สำหรับน้ำมันก๊าด-ออกซิเจน - 3,500 ม./วินาที)

การควบคุมแรงขับ: ด้วยการปรับการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิง คุณสามารถเปลี่ยนปริมาณแรงขับได้ในช่วงกว้าง และดับเครื่องยนต์โดยสมบูรณ์แล้วรีสตาร์ท นี่เป็นสิ่งจำเป็นเมื่อเคลื่อนย้ายอุปกรณ์เข้าไป นอกโลก.

ตัวอย่างเช่น เมื่อสร้างจรวดขนาดใหญ่ ปล่อยยานพาหนะที่บรรทุกน้ำหนักบรรทุกหลายตันขึ้นสู่วงโคจรโลกต่ำ การใช้เครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวทำให้ได้เปรียบด้านน้ำหนักเมื่อเทียบกับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็ง (เครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็ง) ประการแรกเนื่องจากแรงกระตุ้นจำเพาะที่สูงกว่าและประการที่สองเนื่องจากเชื้อเพลิงเหลวบนจรวดนั้นบรรจุอยู่ในถังแยกจากกันซึ่งถูกส่งไปยังห้องเผาไหม้โดยใช้ปั๊ม ด้วยเหตุนี้ความดันในถังจึงต่ำกว่าในห้องเผาไหม้อย่างมีนัยสำคัญ (หลายสิบเท่า) และตัวถังเองก็มีผนังบางและค่อนข้างเบา ในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนที่เป็นเชื้อเพลิงแข็ง ภาชนะบรรจุเชื้อเพลิงยังเป็นห้องเผาไหม้และต้องทนทานต่อแรงดันสูง (หลายสิบบรรยากาศ) และส่งผลให้น้ำหนักเพิ่มขึ้น ยิ่งปริมาณเชื้อเพลิงบนจรวดมีขนาดใหญ่ขึ้น ขนาดของภาชนะสำหรับจัดเก็บก็ใหญ่ขึ้น และยิ่งได้เปรียบด้านน้ำหนักของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงเหลวมากขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง และในทางกลับกัน สำหรับจรวดขนาดเล็ก การมีหน่วยเทอร์โบปั๊มจะลบล้างข้อได้เปรียบนี้

ข้อเสียของเครื่องยนต์จรวด:

เครื่องยนต์จรวดเหลวและจรวดที่ใช้เชื้อเพลิงนั้นมีความซับซ้อนและมีราคาแพงกว่าเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็งที่มีความสามารถเทียบเท่ากันมาก (แม้ว่าเชื้อเพลิงเหลว 1 กิโลกรัมจะมีราคาถูกกว่าเชื้อเพลิงแข็งหลายเท่าก็ตาม) มีความจำเป็นต้องขนส่งจรวดเชื้อเพลิงเหลวด้วยความระมัดระวังมากขึ้น และเทคโนโลยีในการเตรียมการปล่อยนั้นซับซ้อนกว่า ใช้แรงงานมากและใช้เวลานาน (โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ก๊าซเหลวเป็นส่วนประกอบเชื้อเพลิง) ดังนั้นสำหรับจรวดทางทหาร ในปัจจุบันการตั้งค่าให้กับเครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็งเนื่องจากมีความน่าเชื่อถือ ความคล่องตัว และความพร้อมรบที่สูงขึ้น

ในสภาวะไร้น้ำหนัก ส่วนประกอบของเชื้อเพลิงเหลวจะเคลื่อนที่อย่างควบคุมไม่ได้ในพื้นที่ของถัง ในการฝากจำเป็นต้องใช้มาตรการพิเศษเช่นเปิดเครื่องยนต์เสริมที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งหรือก๊าซ

ในปัจจุบัน สำหรับเครื่องยนต์จรวดเคมี (รวมถึงเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลว) ขีด จำกัด ของความสามารถด้านพลังงานของเชื้อเพลิงได้มาถึงแล้ว ดังนั้นตามทฤษฎีแล้ว ความเป็นไปได้ที่จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในแรงกระตุ้นจำเพาะของพวกมันจึงไม่ได้คาดการณ์ไว้ และสิ่งนี้จะจำกัด ความสามารถของเทคโนโลยีจรวดโดยใช้เครื่องยนต์เคมีซึ่งเชี่ยวชาญแล้วในสองทิศทาง :

การบินอวกาศในอวกาศใกล้โลก (ทั้งแบบมีมนุษย์และไร้คนขับ)

การสำรวจอวกาศภายในระบบสุริยะด้วยยานพาหนะอัตโนมัติ (โวเอเจอร์, กาลิเลโอ)

ส่วนประกอบเชื้อเพลิง

การเลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิงเป็นหนึ่งในการตัดสินใจที่สำคัญที่สุดในการออกแบบเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยของเหลว โดยต้องกำหนดรายละเอียดหลายประการล่วงหน้าเกี่ยวกับการออกแบบเครื่องยนต์และวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคที่ตามมา ดังนั้นการเลือกเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวจึงถูกสร้างขึ้นโดยคำนึงถึงวัตถุประสงค์ของเครื่องยนต์และจรวดที่ติดตั้งเงื่อนไขการทำงานเทคโนโลยีการผลิตการจัดเก็บการขนส่งไปยังจุดปล่อยตัวอย่างครอบคลุม ฯลฯ

ตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งที่แสดงลักษณะการรวมกันของส่วนประกอบคือแรงกระตุ้นเฉพาะซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อออกแบบยานปล่อยยานอวกาศเนื่องจากอัตราส่วนของมวลเชื้อเพลิงและน้ำหนักบรรทุกดังนั้นขนาดและมวลของจรวดทั้งหมดจึงขึ้นอยู่กับอย่างมาก มัน (ดูสูตร Tsiolkovsky) ซึ่งอาจกลายเป็นเรื่องที่ไม่สมจริงหากแรงกระตุ้นเฉพาะไม่สูงพอ ตารางที่ 1 แสดงคุณสมบัติหลักของส่วนประกอบเชื้อเพลิงเหลวบางอย่างรวมกัน

นอกเหนือจากแรงกระตุ้นเฉพาะเมื่อเลือกส่วนประกอบเชื้อเพลิงแล้ว ตัวชี้วัดอื่น ๆ ของคุณสมบัติเชื้อเพลิงยังสามารถมีบทบาทชี้ขาดได้เช่นกัน ได้แก่:

ความหนาแน่นซึ่งส่งผลต่อขนาดของถังส่วนประกอบ ดังต่อไปนี้จากตาราง 1 ไฮโดรเจนเป็นสารไวไฟ โดยมีแรงกระตุ้นจำเพาะสูงสุด (ของตัวออกซิไดเซอร์ใดๆ ก็ตาม) แต่มีความหนาแน่นต่ำมาก ดังนั้นระยะแรก (ใหญ่ที่สุด) ของการปล่อยยานพาหนะมักจะใช้เชื้อเพลิงประเภทอื่น (มีประสิทธิภาพน้อยกว่า แต่มีความหนาแน่นมากกว่า) เช่น น้ำมันก๊าด ซึ่งทำให้สามารถลดขนาดของระยะแรกให้เหลือขนาดที่ยอมรับได้ ตัวอย่างของ “ยุทธวิธี” ดังกล่าว ได้แก่ จรวดแซเทิร์น 5 ซึ่งระยะแรกใช้ส่วนประกอบของออกซิเจน/น้ำมันก๊าด และระยะที่ 2 และ 3 ใช้ออกซิเจน/ไฮโดรเจน และระบบกระสวยอวกาศซึ่งใช้เครื่องเพิ่มกำลังจรวดแบบแข็งเป็นลำดับแรก เวที.

จุดเดือดซึ่งอาจกำหนดข้อ จำกัด ร้ายแรงต่อสภาพการทำงานของจรวด ตามตัวบ่งชี้นี้ส่วนประกอบเชื้อเพลิงเหลวจะถูกแบ่งออกเป็นก๊าซแช่แข็ง - ก๊าซเหลวที่ถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิต่ำมากและของเหลวที่มีจุดเดือดสูงซึ่งมีจุดเดือดสูงกว่า 0 ° C

ส่วนประกอบไครโอเจนิกไม่สามารถจัดเก็บไว้เป็นเวลานานหรือขนส่งในระยะทางไกลได้ ดังนั้นจึงต้องผลิต (อย่างน้อยก็ทำให้กลายเป็นของเหลว) ในโรงงานผลิตที่ใช้พลังงานมากเป็นพิเศษซึ่งตั้งอยู่ใกล้กับจุดปล่อยจรวด ซึ่งทำให้ตัวปล่อยไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างสมบูรณ์ นอกจากนี้ ส่วนประกอบจากการแช่แข็งยังมีคุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ที่กำหนดข้อกำหนดเพิ่มเติมสำหรับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น การมีน้ำหรือไอน้ำในปริมาณเล็กน้อยในภาชนะที่มีก๊าซเหลวจะทำให้เกิดผลึกน้ำแข็งที่แข็งมาก ซึ่งหากพวกมันเข้าสู่ระบบเชื้อเพลิงของจรวด จะทำหน้าที่เป็นวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนและสามารถ ทำให้เกิดอุบัติเหตุร้ายแรง ในช่วงเวลาหลายชั่วโมงในการเตรียมจรวดเพื่อปล่อย น้ำค้างแข็งจำนวนมากแข็งตัวกลายเป็นน้ำแข็ง และการตกของชิ้นส่วนจากที่สูงทำให้เกิดอันตรายต่อบุคลากรที่เกี่ยวข้องในการเตรียมการ เช่นเดียวกับ ตัวจรวดและอุปกรณ์การปล่อยตัว หลังจากที่จรวดเต็มไปด้วยก๊าซเหลว พวกมันก็เริ่มระเหยและจะต้องเติมใหม่อย่างต่อเนื่องผ่านระบบเติมพิเศษจนกว่าจะถึงเวลาเปิดตัว ก๊าซส่วนเกินที่เกิดขึ้นระหว่างการระเหยของส่วนประกอบจะต้องถูกกำจัดออกในลักษณะที่ตัวออกซิไดเซอร์ไม่ผสมกับเชื้อเพลิงทำให้เกิดส่วนผสมที่ระเบิดได้

ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงจะสะดวกกว่ามากในการขนส่ง จัดเก็บ และจัดการ ดังนั้นในช่วงทศวรรษ 1950 จึงได้เปลี่ยนส่วนประกอบจากการแช่แข็งจากวงการจรวดทางการทหาร ต่อมาบริเวณนี้เริ่มให้ความสำคัญกับเชื้อเพลิงแข็งมากขึ้น แต่เมื่อสร้างพาหะในอวกาศ เชื้อเพลิงแบบแช่แข็งยังคงรักษาตำแหน่งไว้ได้เนื่องจากประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูง และสำหรับการซ้อมรบในอวกาศ เมื่อต้องเก็บเชื้อเพลิงในถังเป็นเวลาหลายเดือนหรือหลายปี ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงจะเหมาะสมที่สุด ภาพประกอบของ "การแบ่งงาน" นี้สามารถเห็นได้ในเครื่องยนต์จรวดเหลวที่เกี่ยวข้องกับโครงการอะพอลโล: ทั้งสามขั้นตอนของยานปล่อยแซทเทิร์น 5 ใช้ส่วนประกอบไครโอเจนิกส์ และเครื่องยนต์ของยานดวงจันทร์ซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อแก้ไขวิถีโคจรและสำหรับ การซ้อมรบในวงโคจรดวงจันทร์ให้ใช้ไดเมทิลไฮดราซีนที่ไม่สมมาตรและเตตรอกไซด์ไดไนโตรเจนที่มีจุดเดือดสูง

ความก้าวร้าวทางเคมี สารออกซิไดซ์ทั้งหมดมีคุณสมบัตินี้ ดังนั้นการมีสารอินทรีย์จำนวนเล็กน้อยในถังสำหรับออกซิไดเซอร์ (เช่น คราบจาระบีที่นิ้วของมนุษย์ทิ้งไว้) อาจทำให้เกิดไฟไหม้ซึ่งอาจทำให้วัสดุของถังติดไฟได้ (อลูมิเนียม แมกนีเซียม ไทเทเนียม และธาตุเหล็กจะเผาไหม้อย่างแรงมากในสภาพแวดล้อมของตัวออกซิไดเซอร์ของจรวด) เนื่องจากความก้าวร้าวของพวกมัน ตามกฎแล้วจึงไม่มีการใช้ออกซิไดเซอร์เป็นสารหล่อเย็นในระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวและในเครื่องกำเนิดก๊าซ TNA เพื่อลดภาระความร้อนบนกังหันของเหลวที่ใช้งานจะถูกทำให้อิ่มตัวด้วยเชื้อเพลิงมากเกินไปแทนที่จะเป็นตัวออกซิไดเซอร์ . ที่อุณหภูมิต่ำ ออกซิเจนเหลวอาจเป็นตัวออกซิไดเซอร์ที่ปลอดภัยที่สุดเนื่องจากตัวออกซิไดเซอร์ทางเลือก เช่น ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์หรือกรดไนตริกเข้มข้นทำปฏิกิริยากับโลหะ และถึงแม้จะเป็นตัวออกซิไดเซอร์ที่มีจุดเดือดสูงซึ่งสามารถเก็บไว้เป็นเวลานานที่อุณหภูมิปกติ แต่อายุการใช้งานของถัง ซึ่งมีอยู่อย่างจำกัด

ความเป็นพิษของส่วนประกอบเชื้อเพลิงและผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ถือเป็นข้อจำกัดร้ายแรงในการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ฟลูออรีนดังต่อไปนี้จากตารางที่ 1 ซึ่งเป็นสารออกซิไดซ์มีประสิทธิภาพมากกว่าออกซิเจน แต่เมื่อจับคู่กับไฮโดรเจนจะเกิดไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ซึ่งเป็นสารที่เป็นพิษและลุกลามอย่างมาก และปล่อยสารหลายร้อยหรือน้อยกว่าหลายพัน การเผาไหม้จำนวนมากออกสู่ชั้นบรรยากาศเมื่อปล่อยจรวดขนาดใหญ่ถือเป็นหายนะครั้งใหญ่ที่มนุษย์สร้างขึ้น แม้ว่าจะประสบความสำเร็จในการปล่อยจรวดก็ตาม และในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุและมีการรั่วไหลของสารนี้ในปริมาณดังกล่าว ความเสียหายไม่สามารถนำมาพิจารณาได้ ดังนั้นจึงไม่ใช้ฟลูออรีนเป็นส่วนประกอบของเชื้อเพลิง ไนโตรเจนเตตรอกไซด์ กรดไนตริก และไดเมทิลไฮดราซีนที่ไม่สมมาตรก็เป็นพิษเช่นกัน ในปัจจุบัน ตัวออกซิไดเซอร์ที่ต้องการ (จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม) คือออกซิเจน และเชื้อเพลิงคือไฮโดรเจน ตามด้วยน้ำมันก๊าด

เมื่อคุณได้ยินคำว่า "เครื่องยนต์จรวด" สิ่งแรกที่คุณนึกถึงคืออะไร? แน่นอน, พื้นที่ลึกลับการบินระหว่างดาวเคราะห์ การค้นพบกาแล็กซีใหม่ๆ และแสงอันน่าหลงใหลของดวงดาวที่อยู่ห่างไกล ตลอดเวลา ท้องฟ้าดึงดูดผู้คนให้เข้ามาหาตัวเอง ในขณะที่ยังคงเป็นปริศนาที่ยังไม่คลี่คลาย แต่การสร้างจรวดอวกาศลำแรกและการปล่อยจรวดได้เปิดโลกทัศน์ใหม่ของการวิจัยเพื่อมนุษยชาติ

เครื่องยนต์จรวดเป็นเครื่องยนต์ไอพ่นธรรมดาโดยพื้นฐานแล้วมีคุณลักษณะที่สำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ ไม่ใช้ออกซิเจนในชั้นบรรยากาศเป็นตัวออกซิไดเซอร์เชื้อเพลิงเพื่อสร้างแรงผลักดันของไอพ่น ทุกสิ่งที่จำเป็นสำหรับการทำงานนั้นอยู่ในร่างกายโดยตรงหรือในระบบออกซิไดเซอร์และระบบจ่ายเชื้อเพลิง เป็นคุณลักษณะนี้ที่ทำให้สามารถใช้เครื่องยนต์จรวดในอวกาศได้

มีเครื่องยนต์จรวดหลายประเภทและทั้งหมดมีความแตกต่างกันอย่างมากไม่เพียงแต่ในคุณสมบัติการออกแบบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงหลักการทำงานของพวกมันด้วย นั่นคือเหตุผลที่แต่ละประเภทต้องพิจารณาแยกกัน

ในบรรดาลักษณะสมรรถนะหลักของเครื่องยนต์จรวด ความสนใจเป็นพิเศษจ่ายให้กับแรงกระตุ้นเฉพาะ - อัตราส่วนของปริมาณแรงขับของไอพ่นต่อมวลของของไหลทำงานที่ใช้ต่อหน่วยเวลา ค่าแรงกระตุ้นเฉพาะแสดงถึงประสิทธิภาพและความประหยัดของเครื่องยนต์

เครื่องยนต์จรวดเคมี (CRE)

ปัจจุบันเครื่องยนต์ประเภทนี้เป็นเครื่องยนต์เดียวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปล่อยยานอวกาศออกสู่อวกาศ นอกจากนี้ยังพบการใช้งานในอุตสาหกรรมการทหารอีกด้วย เครื่องยนต์เคมีแบ่งออกเป็นเชื้อเพลิงแข็งและเชื้อเพลิงเหลว ขึ้นอยู่กับสถานะทางกายภาพของเชื้อเพลิงจรวด

ประวัติความเป็นมาของการทรงสร้าง

เครื่องยนต์จรวดรุ่นแรกเป็นเชื้อเพลิงแข็ง และปรากฏเมื่อหลายศตวรรษก่อนในประเทศจีน ในเวลานั้นพวกเขาแทบไม่เกี่ยวข้องกับอวกาศ แต่ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา ทำให้สามารถปล่อยจรวดทางทหารได้ เชื้อเพลิงที่ใช้เป็นผงที่มีส่วนประกอบคล้ายกับดินปืน มีการเปลี่ยนแปลงเพียงเปอร์เซ็นต์ของส่วนประกอบเท่านั้น เป็นผลให้ในระหว่างการออกซิเดชั่นผงไม่ระเบิด แต่จะค่อยๆเผาไหม้ปล่อยความร้อนและสร้าง แรงผลักดันของเจ็ท- เครื่องยนต์ดังกล่าวได้รับการขัดเกลา ปรับปรุง และปรับปรุงด้วยความสำเร็จที่แตกต่างกัน แต่แรงกระตุ้นเฉพาะยังคงมีน้อย นั่นคือการออกแบบไม่มีประสิทธิภาพและไม่ประหยัด ในไม่ช้า เชื้อเพลิงแข็งชนิดใหม่ก็ปรากฏขึ้น ทำให้เกิดแรงกระตุ้นและแรงผลักดันที่เจาะจงมากขึ้น นักวิทยาศาสตร์จากสหภาพโซเวียต สหรัฐอเมริกา และยุโรปได้สร้างสรรค์ผลงานในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 ในช่วงครึ่งหลังของทศวรรษที่ 40 มีการพัฒนาต้นแบบของเชื้อเพลิงสมัยใหม่ซึ่งยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน

เครื่องยนต์จรวด RD-170 ทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงเหลวและตัวออกซิไดเซอร์

เครื่องยนต์จรวดเหลวเป็นสิ่งประดิษฐ์ของ K.E. Tsiolkovsky ผู้เสนอให้เป็นหน่วยพลังงานสำหรับจรวดอวกาศในปี 1903 ในช่วงทศวรรษที่ 20 งานเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์จรวดเหลวเริ่มดำเนินการในสหรัฐอเมริกาและในยุค 30 - ในสหภาพโซเวียต เมื่อเริ่มต้นสงครามโลกครั้งที่สองตัวอย่างทดลองแรกได้ถูกสร้างขึ้นและหลังจากการสิ้นสุดเครื่องยนต์จรวดที่ขับเคลื่อนด้วยของเหลวก็เริ่มมีการผลิตจำนวนมาก พวกมันถูกใช้ในอุตสาหกรรมทหารเพื่อติดตั้งขีปนาวุธ ในปี 1957 เป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติที่โซเวียต ดาวเทียมประดิษฐ์- มีการใช้จรวดที่ติดตั้งรถไฟรัสเซียเพื่อยิงมัน

การออกแบบและหลักการทำงานของเครื่องยนต์จรวดเคมี

เครื่องยนต์เชื้อเพลิงแข็งประกอบด้วยเชื้อเพลิงและตัวออกซิไดเซอร์ในสถานะรวมของแข็งในตัวเครื่อง และภาชนะที่มีเชื้อเพลิงก็เป็นห้องเผาไหม้เช่นกัน เชื้อเพลิงมักมีรูปร่างคล้ายแท่งและมีรูตรงกลาง ในระหว่างกระบวนการออกซิเดชั่น แท่งจะเริ่มไหม้จากศูนย์กลางไปยังขอบ และก๊าซที่เกิดจากการเผาไหม้จะไหลออกทางหัวฉีดทำให้เกิดร่าง นี่คือการออกแบบที่เรียบง่ายที่สุดของเครื่องยนต์จรวดทั้งหมด

ในเครื่องยนต์จรวดเหลว เชื้อเพลิงและออกซิไดเซอร์จะอยู่ในสถานะรวมของเหลวในแหล่งเก็บน้ำสองแห่งที่แยกจากกัน ผ่านช่องทางจ่ายพวกมันจะเข้าสู่ห้องเผาไหม้ซึ่งเป็นที่ผสมและเกิดกระบวนการเผาไหม้ ผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้จะไหลออกทางหัวฉีดทำให้เกิดร่าง ออกซิเจนเหลวมักจะใช้เป็นตัวออกซิไดเซอร์ และเชื้อเพลิงอาจแตกต่างกัน: น้ำมันก๊าด ไฮโดรเจนเหลว ฯลฯ

ข้อดีและข้อเสียของสารเคมี RD และขอบเขตการใช้งาน

ข้อดีของ RD เชื้อเพลิงแข็งคือ:

• ความเรียบง่ายของการออกแบบ
• ความปลอดภัยเชิงเปรียบเทียบในด้านนิเวศวิทยา
• ราคาถูก;
• ความน่าเชื่อถือ

ข้อเสียของเครื่องยนต์จรวดเชื้อเพลิงแข็ง:

• ข้อจำกัดด้านเวลาการทำงาน: เชื้อเพลิงเผาไหม้เร็วมาก
• ความเป็นไปไม่ได้ที่จะสตาร์ทเครื่องยนต์ใหม่หยุดและควบคุมการยึดเกาะถนน
• ความถ่วงจำเพาะต่ำในช่วง 2,000-3,000 ม./วินาที

จากการวิเคราะห์ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์จรวดขับเคลื่อนแบบแข็ง เราสามารถสรุปได้ว่าการใช้งานนั้นสมเหตุสมผลเฉพาะในกรณีที่จำเป็นต้องใช้หน่วยกำลังปานกลาง ค่อนข้างถูกและใช้งานง่าย ขอบเขตการใช้งานคือขีปนาวุธ, ขีปนาวุธอุตุนิยมวิทยา, MANPADS รวมถึงตัวเร่งความเร็วด้านข้างของจรวดอวกาศ (ติดตั้งด้วย ขีปนาวุธอเมริกันในโซเวียตและ ขีปนาวุธรัสเซียไม่ได้ใช้)

ข้อดีของของเหลว RD:

• แรงกระตุ้นจำเพาะสูง (ประมาณ 4,500 ม./วินาที ขึ้นไป)
• ความสามารถในการควบคุมแรงฉุด หยุดและสตาร์ทเครื่องยนต์
• น้ำหนักเบาและความกะทัดรัดซึ่งทำให้สามารถส่งสิ่งของหนักหลายตันขึ้นสู่วงโคจรได้

ข้อเสียของเครื่องยนต์จรวด:

• การออกแบบและการว่าจ้างที่ซับซ้อน
• ในสภาวะไร้น้ำหนัก ของเหลวในถังอาจเคลื่อนที่อย่างโกลาหลได้ สำหรับการสะสมจำเป็นต้องใช้แหล่งพลังงานเพิ่มเติม

ขอบเขตของการใช้เครื่องยนต์จรวดเหลวส่วนใหญ่อยู่ในอวกาศ เนื่องจากเครื่องยนต์เหล่านี้มีราคาแพงเกินไปสำหรับวัตถุประสงค์ทางทหาร

แม้ว่าเครื่องยนต์จรวดเคมีจะเป็นเครื่องยนต์เดียวที่สามารถยิงจรวดออกสู่อวกาศได้ แต่การปรับปรุงเพิ่มเติมนั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย นักวิทยาศาสตร์และนักออกแบบเชื่อมั่นว่าขีดความสามารถของตนถึงขีดจำกัดแล้ว และเพื่อให้ได้หน่วยที่ทรงพลังยิ่งขึ้นพร้อมแรงกระตุ้นจำเพาะสูง จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานอื่น

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์ (NRE)

เครื่องยนต์จรวดประเภทนี้ไม่เหมือนกับเครื่องยนต์เคมีที่ผลิตพลังงานไม่ใช่จากการเผาไหม้เชื้อเพลิง แต่เป็นผลมาจากการให้ความร้อนแก่ของไหลทำงานด้วยพลังงานของปฏิกิริยานิวเคลียร์ เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์มีไอโซโทป เทอร์โมนิวเคลียร์ และนิวเคลียร์

ประวัติความเป็นมาของการทรงสร้าง

หลักการออกแบบและการทำงานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์ได้รับการพัฒนาย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 50 ในช่วงทศวรรษที่ 70 ตัวอย่างทดลองพร้อมแล้วในสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาซึ่งได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้ว เครื่องยนต์โซลิดเฟส RD-0410 ของโซเวียตที่มีแรงขับ 3.6 ตันได้รับการทดสอบบนฐานรอง และเครื่องปฏิกรณ์ NERVA ของอเมริกาจะต้องถูกติดตั้งบนจรวดแซทเทิร์น 5 ก่อนที่การสนับสนุนโครงการทางจันทรคติจะหยุดลง ในเวลาเดียวกัน งานได้ดำเนินการเกี่ยวกับการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ใช้แก๊ส มีผลใช้บังคับอยู่ในขณะนี้ โปรแกรมวิทยาศาสตร์ในการพัฒนาเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์กำลังทำการทดลองที่สถานีอวกาศ

ดังนั้นจึงมีเครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์รุ่นที่ใช้งานได้อยู่แล้ว แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการใช้นอกห้องปฏิบัติการหรือ ฐานทางวิทยาศาสตร์- ศักยภาพของเครื่องยนต์ดังกล่าวค่อนข้างสูง แต่ความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานก็มีมากเช่นกัน ดังนั้นในตอนนี้จึงมีอยู่เฉพาะในโครงการเท่านั้น

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์มีสถานะเป็นก๊าซ ของเหลว และของแข็ง ขึ้นอยู่กับสถานะการรวมกลุ่ม เชื้อเพลิงนิวเคลียร์- เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบโซลิดเฟสคือแท่งเชื้อเพลิงแบบเดียวกับในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ตั้งอยู่ในตัวเรือนเครื่องยนต์และในระหว่างการสลายตัวของวัสดุฟิสไซล์พวกมันจะปล่อยพลังงานความร้อนออกมา สารทำงาน - ก๊าซไฮโดรเจนหรือแอมโมเนีย - เมื่อสัมผัสกับองค์ประกอบเชื้อเพลิงจะดูดซับพลังงานและให้ความร้อนเพิ่มขึ้นเพิ่มปริมาตรและการบีบอัดหลังจากนั้นจะไหลออกผ่านหัวฉีดภายใต้แรงดันสูง

หลักการทำงานของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์แบบเฟสของเหลวและการออกแบบนั้นคล้ายคลึงกับแบบโซลิดเฟส มีเพียงเชื้อเพลิงเท่านั้นที่อยู่ในสถานะของเหลว ซึ่งทำให้สามารถเพิ่มอุณหภูมิและทำให้เกิดแรงขับได้

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนนิวเคลียร์ที่ใช้แก๊สทำงานโดยใช้เชื้อเพลิงในสถานะก๊าซ พวกเขามักจะใช้ยูเรเนียม เชื้อเพลิงก๊าซสามารถเก็บไว้ในตัวเครื่องได้ด้วยสนามไฟฟ้าหรืออยู่ในขวดใสที่ปิดสนิท - หลอดนิวเคลียร์ ในกรณีแรกมีการสัมผัสกับของไหลทำงานกับน้ำมันเชื้อเพลิงรวมถึงการรั่วไหลบางส่วนของส่วนหลังดังนั้นนอกเหนือจากน้ำมันเชื้อเพลิงจำนวนมากแล้วเครื่องยนต์จะต้องมีสำรองสำหรับการเติมเป็นระยะ ในกรณีของหลอดนิวเคลียร์ ไม่มีการรั่วไหล และเชื้อเพลิงจะถูกแยกออกจากการไหลของของไหลทำงานอย่างสมบูรณ์

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องยนต์พลังงานนิวเคลียร์

เครื่องยนต์จรวดนิวเคลียร์มีข้อได้เปรียบเหนือเครื่องยนต์เคมีอย่างมาก - นี่เป็นแรงกระตุ้นที่มีความจำเพาะสูง สำหรับแบบจำลองโซลิดเฟส ค่าของมันคือ 8000-9000 ม./วินาที สำหรับแบบจำลองเฟสของเหลว – 14,000 ม./วินาที สำหรับเฟสก๊าซ – 30,000 ม./วินาที ในเวลาเดียวกันการใช้งานทำให้เกิดการปนเปื้อนในชั้นบรรยากาศด้วยการปล่อยกัมมันตภาพรังสี ขณะนี้งานกำลังดำเนินการเพื่อสร้างเครื่องยนต์นิวเคลียร์ที่ปลอดภัย เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และมีประสิทธิภาพ และ "คู่แข่ง" หลักสำหรับบทบาทนี้คือเครื่องยนต์นิวเคลียร์แบบแก๊สที่มีหลอดนิวเคลียร์ โดยที่สารกัมมันตภาพรังสีอยู่ในขวดที่ปิดสนิทและไม่มา ออกไปพร้อมกับเปลวไฟเจ็ต

เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้า (ERM)

คู่แข่งที่มีศักยภาพอีกประการหนึ่งสำหรับเครื่องขับดันสารเคมีคือเครื่องขับดันไฟฟ้าที่ทำงานโดย พลังงานไฟฟ้า- การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าอาจเป็นความร้อนไฟฟ้า ไฟฟ้าสถิต แม่เหล็กไฟฟ้า หรือพัลส์

ประวัติความเป็นมาของการทรงสร้าง

เครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าเครื่องแรกได้รับการออกแบบในยุค 30 โดยนักออกแบบชาวโซเวียต V.P. Glushko แม้ว่าความคิดในการสร้างเครื่องยนต์ดังกล่าวจะปรากฏเมื่อต้นศตวรรษที่ยี่สิบ ในยุค 60 นักวิทยาศาสตร์จากสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาทำงานอย่างแข็งขันในการสร้างเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าและในยุค 70 ตัวอย่างแรกเริ่มถูกนำมาใช้ ยานอวกาศเป็นมอเตอร์ควบคุม

การออกแบบและหลักการทำงาน

ระบบขับเคลื่อนจรวดไฟฟ้าประกอบด้วยเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้าเอง โครงสร้างซึ่งขึ้นอยู่กับประเภทของระบบจ่ายของไหลทำงาน การควบคุมและการจ่ายไฟ ความร้อนไฟฟ้า RD จะให้ความร้อนแก่การไหลของของไหลทำงานเนื่องจากความร้อนที่เกิดจากองค์ประกอบความร้อนหรือในส่วนโค้งไฟฟ้า สารทำงานที่ใช้คือฮีเลียม แอมโมเนีย ไฮดราซีน ไนโตรเจน และก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ซึ่งมักเป็นไฮโดรเจนน้อยกว่า

RD ไฟฟ้าสถิตแบ่งออกเป็นคอลลอยด์ ไอออนิก และพลาสมา ในนั้นอนุภาคที่มีประจุของของไหลทำงานจะถูกเร่งเนื่องจากสนามไฟฟ้า ใน RD คอลลอยด์หรือไอออนิก แก๊สไอออไนเซชันจัดทำโดยไอออไนเซอร์ สนามไฟฟ้าความถี่สูง หรือห้องปล่อยก๊าซ ในพลาสมา RD สารทำงาน - ซีนอนก๊าซเฉื่อย - ผ่านขั้วบวกรูปวงแหวนและเข้าสู่ห้องปล่อยก๊าซพร้อมตัวชดเชยแคโทด ที่ ไฟฟ้าแรงสูงประกายไฟกะพริบระหว่างแอโนดและแคโทด ทำให้เกิดไอออนในแก๊ส ส่งผลให้เกิดพลาสมา ไอออนที่มีประจุบวกจะไหลออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วสูง ซึ่งได้มาเนื่องจากการเร่งความเร็วของสนามไฟฟ้า และอิเล็กตรอนจะถูกดึงออกไปด้านนอกด้วยแคโทดตัวชดเชย

เครื่องผลักดันแม่เหล็กไฟฟ้ามีสนามแม่เหล็กของตัวเอง - ภายนอกหรือภายในซึ่งเร่งอนุภาคที่มีประจุของของไหลทำงาน

เครื่องขับพัลส์ทำงานโดยการระเหยเชื้อเพลิงแข็งภายใต้อิทธิพลของการปล่อยกระแสไฟฟ้า

ข้อดีและข้อเสียของเครื่องยนต์ขับเคลื่อนไฟฟ้า ขอบเขตการใช้งาน

ข้อดีของ ERD:

• แรงกระตุ้นจำเพาะสูง ขีดจำกัดบนซึ่งแทบไม่จำกัดในทางปฏิบัติ
• การสิ้นเปลืองเชื้อเพลิงต่ำ (ของไหลทำงาน)

ข้อบกพร่อง:

• ปริมาณการใช้ไฟฟ้าในระดับสูง
• ความซับซ้อนของการออกแบบ
• แรงฉุดเล็กน้อย

ในปัจจุบัน การใช้เครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านั้นจำกัดอยู่ที่การติดตั้งเท่านั้น ดาวเทียมอวกาศและเป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ แผงเซลล์แสงอาทิตย์- ในขณะเดียวกัน เครื่องยนต์เหล่านี้ก็สามารถกลายเป็นโรงไฟฟ้าที่จะทำให้สามารถสำรวจอวกาศได้ ดังนั้นการทำงานในการสร้างแบบจำลองใหม่ๆ จึงกำลังดำเนินอยู่ในหลายประเทศ เป็นโรงไฟฟ้าเหล่านี้ที่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์มักกล่าวถึงในผลงานที่อุทิศตนเพื่อการพิชิตอวกาศและยังสามารถพบได้ในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์อีกด้วย ในตอนนี้ การขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ายังเป็นความหวังที่ผู้คนจะยังคงสามารถเดินทางไปยังดวงดาวได้