محرك الصاروخ السائل

محرك الصاروخ السائل - وقود السيارات التي يتم تسييل الغازات والسوائل الكيميائية. اعتمادا على عدد من مكونات LRE تنقسم إلى واحدة وسنتين وثلاث عنصر.

تاريخ موجز للتطوير

            ولأول مرة ، اقترح K.E. استخدام الهيدروجين السائل والأكسجين كوقود للصواريخ. Tsiolkovsky في 1903 العام. تم إنشاء النموذج الأول من LRE من قبل الأمريكي روبرت هوارد في عام 1926. في وقت لاحق ، نفذت هذه التطورات في الاتحاد السوفياتي والولايات المتحدة وألمانيا. حقق العلماء الألمان أكبر نجاح: ثيل ، والتر ، فون براون. خلال الحرب العالمية الثانية ، قاموا بإنشاء خط كامل من LRE لأغراض عسكرية. ويعتقد أن إنشاء الرايخ "V-2" من قبل ، فإنها قد فازت في الحرب. في وقت لاحق ، أصبحت الحرب الباردة وسباق التسلح حافزا لتسريع تطوير LRE بهدف تطبيقها في برنامج الفضاء. بمساعدة RD-108 ، تم وضع أول سواتل الأرض الاصطناعية في المدار.

اليوم LRE المستخدمة في برامج الفضاء والصواريخ الثقيلة.

مجال

كما ذكر أعلاه، يتم استخدام محرك الصاروخ أساسا كمركبة فضائية السيارات والمركبات الاطلاق. المزايا الرئيسية لLRE هي:

• أعلى دفعة محددة في الفصول الدراسية.
• توفر القدرة على أداء التوقف الكامل وإعادة التشغيل جنبًا إلى جنب مع التحكم في الجر قدرة أكبر على المناورة ؛
• أقل كثيرا من وزنها بالمقارنة مع الغرفة الوقود مع بالوقود الصلب.

ومن بين أوجه القصور في LRE:

• أكثر تعقيدا وجهاز مكلفة.
• زيادة متطلبات النقل الآمن.
• في حالة انعدام الوزن، فمن الضروري استخدام محركات إضافية لترسب الوقود.

ومع ذلك، فإن العيب الرئيسي في LRE هو الحد من قدرة الطاقة من الوقود، الأمر الذي يحد من تطوير الفضاء معهم لمسافة تصل إلى الزهرة والمريخ.

تصميم وظيفة

مبدأ التشغيل من محرك الصاروخ، ولكن يتم تحقيق ذلك عن طريق استخدام أجهزة مخططات مختلفة. الوقود والمؤكسد يدخل عن طريق مضخات من الدبابات على رأسه خلط مختلف تحقن في غرفة الاحتراق وتخلط. بعد يتم تحويل نار تحت الضغط داخل طاقة الوقود إلى الحركية ويتدفق عبر فوهة، وخلق قوة الدفع النفاثة.

ويشمل نظام الوقود خزانات الوقود والأنابيب والمضخات إلى التوربينات لحقن الوقود من الخزان إلى الأنبوب وصمام منظم.

مضخة تغذية الوقود يخلق ارتفاع الضغط في الغرفة، وبالتالي توسع أكبر من وسائل العمل، الذي أقصى دفعة محددة.

رئيس فوهة - وحدة حاقن لحقن الوقود في غرفة الاحتراق المكونات. الشرط الرئيسي للفوهة - نوعية وسرعة خلط إمدادات الوقود إلى غرفة الاحتراق.

مبرد

على الرغم من أن نسبة نقل الحرارة من الهيكل أثناء الاحتراق غير مهمة ، إلا أن مشكلة التبريد ذات صلة بسبب ارتفاع درجة حرارة الاحتراق (> 3000 كلفن) وتهدد بالتدمير الحراري للمحرك. هناك عدة أنواع من تبريد جدران الغرفة:

• ويستند التبريد التجديدي على خلق تجاويف في جدران الغرفة، التي من خلالها أكسدة من دون وقود، تبريد جدار الغرفة والحرارة مع المبرد (وقود) مرة أخرى إلى الغرفة.

• الطبقة الحدودية - تم إنشاؤها من طبقة بخار الوقود من الغاز من جدران الغرفة. ويتحقق هذا التأثير عن طريق تثبيت على هامش فوهات رأس تغذية الوقود فقط. وهكذا خليط الوقود يفتقر مؤكسد واحتراق بالقرب من الجدار ليست شديدة كما هو الحال في وسط الغرفة. درجة حرارة الطبقة الحدودية المعزولة وارتفاع درجات الحرارة في وسط الغرفة من جدران غرفة الاحتراق.

• يتم تنفيذ طريقة الجر لتبريد محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل من خلال تطبيق طلاء خاص للحماية من الحرارة على جدران الغرفة وفوهاتها. في درجات الحرارة المرتفعة ، يتغير الطلاء من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية ، مما يؤدي إلى امتصاص نسبة كبيرة من الحرارة. تم استخدام طريقة تبريد محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل في برنامج أبولو القمري.

بدء LRE عملية حرجة للغاية من حيث الفشل المتفجرة في تنفيذه. هناك عناصر الاشتعال التي ليس هناك صعوبة، ولكن عند استخدام البادئ الخارجي لإشعال التناسق المثالي اللازمة لتزويدها مكونات الوقود. تراكم الوقود غير المحترق في الغرفة هو القوة التفجيرية مدمرة، وعود عواقب وخيمة.

يتم إطلاق محركات صاروخية كبيرة تعمل بالوقود السائل في عدة خطوات مع الوصول لاحقًا إلى أقصى طاقة ، بينما تبدأ المحركات الصغيرة بإنتاج فوري بقدرة تبلغ مائة بالمائة. 

يتميز نظام التحكم الأوتوماتيكي لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل ببدء تشغيل المحرك الآمن والخروج إلى الوضع الرئيسي ، والتحكم في التشغيل المستقر ، وتعديل الدفع وفقًا لخطة الرحلة ، وتعديل المواد الاستهلاكية ، والإغلاق عند الدخول في مسار محدد مسبقًا. نظرًا للحظات التي لا يمكن حسابها ، فإن المحرك الذي يعمل بالوقود السائل مزود بإمداد مضمون بالوقود حتى يتمكن الصاروخ من دخول مدار معين في حالة حدوث انحرافات في البرنامج.  

تعتبر مكونات الوقود واختيارها في عملية التصميم حاسمة في تصميم محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل. بناءً على ذلك ، يتم تحديد شروط التخزين والنقل وتكنولوجيا الإنتاج. إن أهم مؤشر على مجموعة المكونات هو الدافع المحدد ، الذي يحدد توزيع النسبة المئوية للوقود وكتلة البضائع. يتم حساب أبعاد وكتلة الصاروخ باستخدام صيغة Tsiolkovsky. بالإضافة إلى الدافع المحدد ، تؤثر الكثافة على حجم الخزانات مع مكونات الوقود ، ويمكن أن تحد نقطة الغليان من ظروف تشغيل الصواريخ ، والعدوانية الكيميائية متأصلة في جميع المؤكسدات ، وإذا لم يتم اتباع قواعد تشغيل الخزانات ، فقد تتسبب في نشوب حريق في الخزان ، ويمكن أن تلحق سمية بعض مركبات الوقود أضرارًا جسيمة بالجو والبيئة ... لذلك ، على الرغم من أن الفلور مؤكسد أفضل من الأكسجين ، إلا أنه لا يستخدم بسبب سميته.

تستخدم محركات الصواريخ أحادية المكون التي تعمل بالوقود السائل سائلاً كوقود ، والذي يتفاعل مع عامل حفاز مع إطلاق الغاز الساخن. الميزة الرئيسية لمحركات الصواريخ ذات المكون الواحد هي بساطتها في التصميم ، وعلى الرغم من أن الدافع المحدد لمثل هذه المحركات صغير ، إلا أنها مناسبة بشكل مثالي كمحركات منخفضة الدفع لتوجيه المركبات الفضائية وتثبيتها. تستخدم هذه المحركات نظام إمداد وقود ذو إزاحة موجبة ، وبسبب انخفاض درجة حرارة العملية ، لا تحتاج إلى نظام تبريد. تشتمل المحركات أحادية المكون أيضًا على محركات نفاثة تعمل بالغاز ، والتي تُستخدم في ظروف عدم قبول الأبخرة الحرارية والكيميائية.

في أوائل 70 المنشأ وضعت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي ثلاثة مكونات محركات الصواريخ السائلة التي من شأنها أن استخدام الهيدروجين كوقود والوقود الهيدروكربونية. وبالتالي فإن المحرك يعمل على الكيروسين والأكسجين عند بدء التشغيل وتحولت إلى الهيدروجين السائل والأكسجين على علو مرتفع. مثال على ثلاثة LRE وروسيا لديها RD-701.

وقد استخدمت السيطرة الصواريخ لأول مرة في صواريخ "الفاو-2» استخدام الجرافيت الدفات gasdynamic، ولكن هذا تخفيض قوة المحرك، وتستخدم في الصواريخ الحديثة غرفة الدوارة التي تعلق على المساكن يتوقف خلق مرونة في واحد أو اثنين من الطائرات. وعلاوة على ذلك تستخدم كاميرات PTZ كما المحركات التحكم التي يتم إصلاحها الفتحات في الاتجاه المعاكس، وعندما جهاز التحكم المناسب في الفضاء.

دورة LRE المغلقة هي محرك ، يتم تغويز أحد مكوناته عند حرقه عند درجة حرارة منخفضة مع جزء صغير من المكون الآخر ، يعمل الغاز الناتج كمائع عمل التوربين ، ثم يتم إدخاله في غرفة الاحتراق ، حيث يحترق مع مكونات الوقود المتبقية ويخلق قوة دفع نفاثة. العيب الرئيسي لهذا المخطط هو تعقيد التصميم ، ولكن في نفس الوقت يزداد الاندفاع المحدد. 

احتمال زيادة قوة محركات الصواريخ السائلة

في المدرسة الروسية من المبدعين من LRE ، برئاسة أكاديمي Glushko لفترة طويلة ، فإنها تسعى إلى تحقيق أقصى قدر من استخدام طاقة الوقود ، ونتيجة لذلك ، أقصى قدر ممكن من الاندفاع المحدد. وبما أنه لا يمكن الحصول على الدافع المحدد الأقصى إلا عن طريق زيادة توسيع منتجات الاحتراق في الفوهة ، يتم إجراء جميع التطورات بحثًا عن خليط الوقود المثالي.