Ракетные двигатели твердого топлива - старейшие среди семейства реактивных двигателей - предельно просты по устройству. У них, по существу, две основные части - камера и реактивное сопло.
Камера РДТТ одновременно служит и камерой сгорания, выдерживающей значительное давление, и местом хранения всего топлива. Давление в камере сгорания РДТТ обычно выше, чем в камере сгорания ДРД, так как его не ограничивают параметры топливной системы. Поэтому РДТТ имеют более высокий коэффициент тяги. В большинстве современных РДТТ давление находится в пределах от 30 до 100 кг/см2
.
Основной характерной особенностью РДТТ является их простота. Действительно, в этом случае отпадает необходимость в системе подачи топлива. Однако продолжительность работы такого двигателя ограничена всего несколькими секундами или даже долями секунды и редко превышает 1-2 минуты.
Вследствие этого такие двигатели нашли широкое применение в ускорителях, где необходимо получать очень высокие тяги в течение коротких промежутков времени. Двигатели, применяемые в этих целях, имеют меньший вес, чем силовые установки любого другого типа.
Применение РДТТ в качестве стартовых вспомогательных силовых установок на самолетах позволяет увеличить полезную нагрузку самолетов и сократить длину пробега при взлете.
С эксплуатационной точки зрения преимущество силовых установок с РДТТ заключается в том, что они всегда готовы для использования и не требуют заправки баков перед самым запуском, поэтому их применяют и в качестве основных двигателей на ракетных снарядах. Типичным примером может служить ракетный снаряд класса «земля-земля».
Появились также мощные баллистические твердотопливные ракеты, которыми вооружаются атомные подводные лодки, и межконтинентальные баллистические ракеты на твердом топливе.
Кроме этих достоинств есть весьма существенный недостаток. После запуска двигателя горение обычно продолжается до полного выгорания топлива; при этом изменение тяги следует вполне определенному закону и не поддается регулированию. Однако теоретически возможно регулированием давления в камере прекратить горение топлива и при желании снова возобновить его. Горение можно прекратить либо продувкой камеры, либо гашением пламени специальной жидкостью. Возобновить же горение можно только при использовании нового заряда воспламенителя. В настоящее время осуществимо своевременное выключение двигателя, но осуществление повторного воспламенения все еще остается сложной проблемой. Его работу чрезвычайно сложно регулировать. Скорость горения топлива не должна сколько-нибудь значительно меняться с изменением давления и температуры. Регулирование величины тяги РДТТ можно осуществлять лишь в определенных заранее заданных пределах, подбирая твердотопливные заряды соответствующей геометрии и структуры. В РДТТ трудно регулировать не только силу тяги, но и ее направление. Для этого надо изменять положение тяговой камеры, а она очень велика, ведь в ней находится весь запас топлива. Появились твердотопливные ракеты с поворотными соплами, конструктивно они довольно сложны, но это позволяет решить проблему управления направлением тяги.
В космонавтике в настоящее время ракетные двигатели твердого топлива применяются ограниченно. Мощные РДТТ используются на некоторых американских ракетах – носителях, например, на ракете «Титан».
Важнейшим элементом РДТТ является заряд твердого топлива. Характеристики двигателя зависят и от элементов топлива, и от структуры и устройства заряда. Различают два основных вида твердых ракетных топлив: двухосновные, или коллоидные, и смесевые. Коллоидное топливо представляет собой твердый однородный раствор органический веществ, молекулы которых содержат окислительные и горючие элементы. Наиболее широко используется твердый раствор нитроцеллюозы и нитроглицерина. Увеличение содержания нитроглицерина в таком растворе повышает удельный импульс двигателя, однако, увеличивается и взрывоопасность топлива, ухудшаются его стабильность и механические свойства заряда. Заряды из коллоидного топлива применяются чаще всего в небольших двигателях.
Смесевые топлива представляют собой механические смеси горючего и окислителя. В качестве окислителя в этих топливах обычно применяют неорганические кристаллические вещества - перхлорат аммония, перхлорат калия и другие. Обычно такое топливо состоит из трех компонентов: кроме окислителя, в него входят полимерное горючее, служащее связующим элементом, и второе горючее в виде порошкообразных металлических добавок, которые существенно улучшают энергетические характеристики топлива. Горючим связующим могут быть полиэфирные и эпоксидные смолы, полиуретановый полибутадиеновый каучук и др.
|
Вторым горючим чаще служит порошкообразный алюминий, иногда бериллий или магний. Смесевые топлива обычно имеют больший удельный импульс, чем коллоидные, большую плотность, большую стабильность, лучше хранятся, более технологичны. Для приготовления смесевого топлива в жидкое горючее-связующее добавляют размельченные кристаллы окислителя, металлический порошок и другие добавки, полученный состав тщательно перемешивают и заливают в специальные формы или непосредственно в корпус двигателя, откуда предварительно откачивают воздух. Под действием специально введенных в смесь катализаторов связующее вещество полимеризуется и топливо превращается резиноподобную массу.
В ракетном двигателе, работающем на твердом топливе, топливо целиком расположено в камере сгорания в виде одного или нескольких блоков определенной формы, которые называются зарядами или шашками. Заряды удерживаются стенками камеры или специальными решетками, называемые диафрагмами.
Очень важна геометрическая форма заряда. Изменяя ее и используя бронирующие покрытия поверхностей заряда, которые не должны гореть, добиваются нужного изменения площади горения и соответственно давления газов в камере и тяги двигателя.
Есть заряды, обеспечивающие нейтральное горение, у них площадь горения остается неизменной. Так получается, если шашка твердого топлива горит с торца или же одновременно с наружной и внутренней поверхности (для этого внутри заряда делается полость). При регрессивном горении поверхность горения уменьшается. Так получается, если цилиндрическая шашка горит с наружной поверхности. И, наконец, для прогрессивного горения, которое обеспечивает увеличение давления в камере сгорания, нужно нарастание площади горения. Простым примером такого заряда служит шашка, горящая по внутренней цилиндрической поверхности.
В РДТТ применяется пиротехническое, пирогенное и химическое зажигание топливного заряда. При пиротехническом зажигании электрозапал поджигает пиротехнический воспламенитель, от которого производится зажигание основного заряда. Пирогенное зажигание производится от газогенератора твердого топлива, который, по существу, представляет собой небольшой твердотопливный двигатель. Для химического зажигания в камеру вводится химически активная жидкость или газ – пусковой окислитель, что приводит к самовоспламенению.
Плотность твердых топлив на 20 – 80% выше, чем плотность жидких топлив. Это преимущество твердых топлив отчасти компенсирует их более низкий единичный импульс.
В РДТТ топливо всегда тесно связано с кожухом двигателя. Поэтому отношение суммарного импульсаI
к общему весу двигателяG
ДВ
(включая и вес топлива G
Т
) определяет качество двигателя. Оно связано с единичным импульсом I
ЕД
и с комплексом D
, представляющим собой соотношение веса топлива к общему весу двигателя, следующим соотношением:
IG
ДВ
=
GТ
IЕД
GДВ
= I
D
,
D
= GТ
GДВ
Величина D
лежит в пределах от 0,4 до 0,95. Для большинства современных конструкций D
= 0,86.
Если увеличить давление сгорания, то единичный импульс также увеличится, но одновременно возрастет и пассивный вес двигателя (D
уменьшится). Поэтому наилучшим будет тот двигатель, у которого соотношение этих величин будет оптимальным.
Другие работы по теме:
Реактивное движение 2
Реактивное движение. Закон сохранения импульса позволяет объяснить и получить основные уравнения, описывающие реактивное движение. Главной особенностью движения ракеты является то, что это движение тела с переменной массой. Выбрасывая ежесекундно определенную часть массы в виде газов сгоревшего топлива, ракета разгоняется.
Ракетный двигатель
Ракетные двигатели работают в разряженных слоях атмосферы, где кислорода очень мало, и в космическом пространстве, где его практически нет. Поэтому на борту ракеты чаще всего имеется окислитель.
Рудольф Дизель и дизельный двигатель
РУДОЛЬФ ДИЗЕЛЬ (1858-1913) В истории техники известны имена таких изобретателей, как Т.А Эдисон, Н. Тесла, В.Г Шухов, которые подарили миру сотни идей и решений. У немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля только одно детище, но зато такое, без которого сегодня не мыслим мир машин, - двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия.
Тепловые двигатели
Средняя общеобразовательная школа Доклад по физике на тему: Подготовил ученик Проверила 2005 год. Тепловой двигатель Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В XVII в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же.
Реактивный двигатель
РЕФЕРАТ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Выполнил: Мельников Семен. Физическая основа теплового двигателя Совершение механической работы в современных машинах и механизмах в основном происходит за счет внутренней энергии веществ.
Двигатели внутреннего сгорания
Доклад на тему: Двигатели внутреннего сгорания. Доклад подготовил: ученик ___ класса школы № ___ Ф.И.О. г. Нижний Новгород 2002 год. Один из самых распространенных двигателей –
Ракетный двигатель
Ракетные двигатели работают в разряженных слоях атмосферы, где кислорода очень мало, и в космическом пространстве, где его практически нет. Поэтому на борту ракеты чаще всего имеется окислитель.
Ракетные двигатели
Реферат выполнила Ученица 9Б класса Кожасова Индира Содержание введение 3 назначение и виды ракетных двигателей 3 Термохимические ракетные двигатели. 4
Двигатели постоянного тока
Двигатели постоянного тока используются в прецизионных приводах, требующих плавного регулирования частоты вращения в широком диапазоне. Свойства двигателя постоянного тока, так же как и генераторов, определяются способом возбуждения и схемой включения обмоток возбуждения. По способу возбуждения можно разделить двигатели постоянного тока на двигатели с электромагнитным и магнитоэлектрическим возбуждением.
Понятие и виды двигателей
Ещё в давние времена люди старались использовать энергию топлива для превращения её в механическую. В 17в. был изобретён тепловой двигатель, который в последующие годы был усовершенствован, но идея осталась той же. Во всех двигателях энергия топлива переходит сначала в энергию газа или пара, а газ (пар) расширяясь, совершает работу и охлаждается, а часть его внутренней энергии при этом превращается в механическую энергию.
Двигатель
Что же приводит в действие все машины, что заставляет их двигаться, выполнять нужную работу? Это делает главная часть машины, ее сердце — двигатель.
Авиационные силовые установки
Введение Авиационные силовые установки предназначены для создания силы тяги необходимой для преодоление силы лобового сопротивления, силы тяжести и ускоренного перемещения ЛА в пространстве.
Ракетный двигатель РД-583 РН Зенит-3
Государственное образовательное учреждение профессионального образования Ижевский Государственный технический университет Кафедра "Тепловые двигатели и установки"
Баллистическая ракета РД-583 (РН Зенит-3)
Характеристика прототипа летательного аппарата: компоненты топлива, тяга двигателя и давление в камере сгорания. Краткие теоретические сведения о ракете Р-5, проведение термодинамического расчета двигателя. Профилирование камеры сгорания и сопла.
Двигатель ТВ2-117 и его модификации
Самарский Государственный Аэрокосмический Университет имени С.П. Королёва. Национально исследовательский институт. Реферат по учебной дисциплине
Водородная авиация
Водород – авиационное топливо. Летательные аппараты. Наземное оборудование. Двигатели.
Ракета-носитель "Энергия"
Составные части ракетоносителя. Первая и вторая ступень ракеты. Основные характеристики блоков первой и второй ступени. Основные характеристики ракеты-носителя "Энергия".
Ракеты
Ракеты изначально использовались в качестве оружия. Сегодня эти мощные, гигантские аппараты служат для полетов человека в космос и доставки на орбиту искусственных спутников и различного оборудования.
Газотурбинные двигатели
Газотурбинная установка состоит из воздушного компрессора, камер сгорания и газовой турбины.
Вечный двигатель
Свойственное человеческой натуре упрямство не дает людям смириться с непреложностью законов природы. Самым ярким свидетельством этому служит настойчивая вера в то, что можно построить вечный двигатель.
Проблема "Отцов и детей"
Во время бурных изменений какой-либо сферы жизни человека эта проблема встает с удвоенной силой: отцы — консерваторы, которым чужды любые изменения, а дети — “двигатели прогресса”, стремящиеся свергнуть устои и традиции.
ARO
Завод в Румынии, в местечке Campulung-Muscel, в 1953 году начал собирать первые румынские мотоциклы. Производство авомобилей было начато в 1957 г с модели IMS- 57.
Машина с лицензией на убийство
Беспилотный самолет X-45, разработанный корпорацией Boeing, 22 мая успешно завершил экспериментальный полет. X-45 - это первое устройство подобного типа, способное нести на борту оружие.
Автомобиль Фрезе и Яковлева
Введение 1 Параметры автомобиля 2 Интересные факты Список литературы Введение Автомобиль Фрезе и Яковлева Общие данные Дизайн Двигатели Характеристики
Список кораблей и судов ВМС США
Введение 1 Авианосцы 2 Десантные корабли 3 Плавающие транспортные доки 4 Корабли береговой высадки 5 Судна для спец операций 6 Вспомогательные 6.1 Судня обеспечения
Военно-промышленный комплекс СССР
План Введение 1 Структура 2 География ВПК 3 ВПК и развитие технологий 4 Оценки и мнения Список литературы Введение Военно-промышленный комплекс СССР (ВПК СССР) — постоянно действовавшая система взаимосвязей субъектов экономической и социально-политической структуры советского общества, связанных с обеспечением военной безопасности СССР.
Годдард, Роберт
Роберт Хатчингс Годдард (1882—1945) — выдающийся американский учёный, один из пионеров современной ракетной техники. Ранние годы Родился 5 октября 1882 года в городе Вустер, штат Массачусетс. Ещё в юности, в 16 лет, после прочтения книги Уэллса «Война миров» Роберт заинтересовался исследованиями космоса. 19 октября 1899 года, взбираясь на вишнёвое дерево, чтобы обрезать мёртвые ветки, он, как позднее напишет сам, вообразил «как чудесно было бы сделать такое устройство, с помощью которого можно долететь до Марса, и какой маленькой бы выглядела оттуда лужайка под моими ногами».
Ижевск
Ижевск - столица Удмуртской Республики. Расположен на р. Иж, в 40 км от еe впадения в Каму. Расстояние до Москвы - 1129 км. Узел ж.-д. линий и автодорог. Аэропорт.
Газ
Газом чаще всего мы называем метан, который горит синим пламенем в горелке кухонной плиты. Добывают его из подземных газовых месторождений в Сибири и в Средней Азии, вблизи Каспийского моря и даже под его дном.
Вооруженные Силы Российской Федерации
Вооруженные Силы Российской Федерации являются государственной организацией, составляющей основу обороны страны и предназначенной для отражения агрессии против нашего государства, для вооруженной защиты целостности и неприкосновенности его территории, а также для выполнения задач в соответствии с международными договорами России.
Ракетные войска стратегического назначения 2
Ракетные войска стратегического назначения (РВСН) — отдельный род войск Вооружённых Сил Российской Федерации, сухопутный компонент стратегических ядерных сил. Войска постоянной боевой готовности.[1] Предназначены для ядерного сдерживания возможной агрессии и поражения в составе стратегических ядерных сил или самостоятельно массированными, групповыми или одиночными ракетно-ядерными ударами стратегических объектов, находящихся на одном или нескольких стратегических направлениях и составляющих основу военных и военно-экономических потенциалов противника.[2]
Билеты для зачёта на военную кафедру
. Вооруженные Силы Российской Федерации (ВС РФ) включают в себя: Сухопутные войска (СВ), Военно-воздушные силы (ВВС), Военно-Морской Флот (ВМФ), рода войск (Ракетные войска стратегического назначения, Космические силы, Воздушно-десантные войска), а также Тыл Вооруженных Сил. Виды войск делятся на рода войск (рода авиации в ВВС, рода сил в ВМФ) и специальные войска.