Motor de cohete químico
La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 10 de enero de 2019; las comprobaciones requieren 9 ediciones .Motor de cohete químico (CRD): un motor de cohete que funciona con combustible químico .
Al final de la segunda década del siglo XXI, todos, sin excepción, los motores de cohetes utilizados en cohetes militares , y todos, sin excepción, los motores de los vehículos de lanzamiento de naves espaciales, son químicos.
Construcción
En la cámara de combustión (CC) del CRD, la energía potencial ( química ) del combustible se convierte en energía térmica como resultado de una reacción exotérmica . El combustible, por regla general, consta de dos componentes: combustible y comburente . Además, existen implementaciones técnicas de CRS que utilizan combustibles de un solo componente y de varios componentes. Los componentes del combustible se seleccionan de modo que:
- los productos de reacción eran gaseosos ;
- los productos de reacción eran de bajo peso molecular.
El requisito de productos de bajo peso molecular se deriva de la fórmula del impulso . En igualdad de condiciones (masa de combustible, cantidad de energía liberada), cuanto menor sea el peso molecular de los productos de reacción , mayor será la velocidad del movimiento térmico de las moléculas . Por lo tanto, mayor será la velocidad de flujo del chorro alcanzable.
Desde el COP, los productos de reacción (gases de escape) se envían a un canal perfilado: una boquilla de chorro . En la tobera CRD, el gas se expande adiabáticamente . La presión y la temperatura del gas disminuyen al aumentar el volumen de acuerdo con la ley adiabática. Como resultado de la expansión, el gas adquiere una alta velocidad de salida de la boquilla. Así, el XRD convierte parte de la energía química del combustible en la energía cinética del chorro de gas.
El impulso del chorro de gas se dirige en la dirección de salida de los gases. Según la ley de conservación de la cantidad de movimiento , la suma vectorial de la cantidad de movimiento del gas y del cohete es cero. En otras palabras, cuando el gas sale por la boquilla, la corriente en chorro y el cohete reciben impulsos que son de la misma magnitud, pero de dirección opuesta. De hecho, esto se manifiesta como el surgimiento del propulsor a chorro desarrollado por el HRD.
Clasificación de DRH
Según el estado agregado del combustible
Motor de cohete de propulsante líquido Abreviatura común : LRE Características : Los componentes del combustible se almacenan en tanques, fuera de la cámara de combustión del XRD, se encuentran en estado líquido de agregación . Se alimentan a la cámara de combustión a través de boquillas presurizadas. La presión de los componentes líquidos se crea con la ayuda de una unidad de turbobomba o debido al suministro de desplazamiento, debido al aumento de la presión en los tanques. Como regla general, los componentes del combustible se encienden espontáneamente cuando se mezclan en la cámara de combustión. A veces, las primeras etapas de los vehículos de lanzamiento requieren encendido positivo. Ejemplo : RD-170 . Descripción : este tipo se usa ampliamente en misiles balísticos , cohetes portadores para lanzar naves espaciales al espacio. Los motores de cohetes de propulsante líquido permiten una amplia gama de control de empuje y encendidos y apagados repetidos. El tiempo para llevar el cohete del estado de almacenamiento al estado de prelanzamiento es significativo (puede alcanzar decenas de horas). Impulso específico LRE (en vacío) : alcanza los 3308 m/s ( RD-170 ). Empuje específico (por peso) : hasta 337,2 s ( RD-170 ). Rango de tracción :- De varias decenas de newtons . Ejemplo: motor de orientación S5.79 con un empuje de 122,6 N, que forma parte del Sistema de Propulsión Conjunta (JPU). ODE se desarrolló por primera vez para la estación orbital " Mir ", y se recibió una mayor distribución en la ISS [1] .
- Hasta varios meganewtons. Ejemplo: el más potente del mundo (en el momento de escribir este artículo - abril de 2017) RD-170 tiene un empuje al nivel del mar de unos 7,26 MN.
- Desde unos pocos segundos para misiles de combate no guiados y motores modelo cohete.
- Hasta 122 s para el refuerzo lateral del transbordador espacial MTKK [2]
- Desde unos pocos newtons para modelos de motores de cohetes.
- Hasta aproximadamente 12,45 MN para el refuerzo lateral del transbordador espacial MTKK (a nivel del mar) [4] .
Por número de componentes
Monocomponente (monocombustible)Los motores de gas de un solo componente no pueden clasificarse como CRD, pero existen numerosas implementaciones técnicas de motores de un solo componente, donde se libera energía química debido a la reacción exotérmica de su descomposición catalítica en la cámara de combustión (por ejemplo, peróxido de hidrógeno o hidracina ). Ejemplo: motores de orientación de satélites de comunicaciones Skynet-2 » [5] ; o como en el ciclo de Walther , el oxígeno liberado por la descomposición catalítica del peróxido se quema con combustible premezclado con peróxido (hidrazina, metanol).
Dos componentesLa mayoría de las implementaciones técnicas de HRD son de este tipo. El combustible consiste en un combustible y un comburente.
Tres o más componentesDe hecho, este tipo es una modificación del anterior. Se agrega un componente adicional (componentes) al combustible, que sirve:
- o para encender los componentes principales (en caso de que no se enciendan solos al contacto), el llamado combustible de arranque para LRE
- o servir para aumentar la temperatura de combustión
- o aumentar el impulso específico . Ejemplo: impulsor de lanzamiento del sistema Space Shuttle .
Para los motores de cohetes de propulsante sólido, a menudo se agrega a la mezcla algún aglutinante, generalmente un polímero , para obtener un bloque de combustible sólido adecuado para el almacenamiento a largo plazo y que no se destruya mecánicamente durante la combustión.
Historia
Los primeros cohetes de pólvora se inventaron en China . Se desconoce la fecha exacta de su invención (la primera mención escrita data del siglo XIII). Estos misiles eran de propulsor sólido.
En la Edad Media, los cohetes se usaban principalmente para entretenimiento, para fuegos artificiales . En Occidente, la ciencia de los cohetes militares se desarrolló a partir de principios del siglo XIX ( cohetes Congreve ), como resultado de la captura de la tecnología de cohetes Mysore por parte de Inglaterra a fines del siglo XVIII , pero a partir de mediados del siglo XIX, como fruto del desarrollo de la artillería estriada, que se impuso en eficacia, estuvo en declive hasta el siglo XX. El interés por los cohetes comenzó a crecer en las décadas de 1920 y 1930, cuando quedó claro que el principio de propulsión de cohetes era el único para un vuelo independiente y controlado en el vacío .
Al poseer un impulso específico relativamente bajo (en comparación con los motores de cohetes eléctricos , de iones y de plasma ), los motores de cohetes químicos desarrollan un mayor empuje, lo cual es importante cuando se crean medios para lanzar una carga útil a la órbita espacial, o para llevar a cabo vuelos interplanetarios no muy distantes en un tiempo relativamente corto.
A mediados de la década de 2010, todos los principales motores de cohetes de empuje utilizados en cohetes militares y vehículos de lanzamiento de naves espaciales son químicos. Las excepciones son varios motores correctivos y motores de orientación. Al mismo tiempo, el límite fundamental de las capacidades energéticas del combustible ya se ha alcanzado en los motores químicos. Incluso teóricamente, no existe la posibilidad de un aumento significativo en su impulso específico, lo que está asociado con una limitación fundamental de la temperatura de los productos de combustión en las reacciones químicas exotérmicas, lo que limita la velocidad máxima de salida del gas. Esto impone restricciones a las capacidades de la tecnología de cohetes que utilizan motores químicos en dos áreas ya dominadas:
- vuelos espaciales en el espacio cercano a la Tierra (tanto tripulados como no tripulados);
- exploración espacial dentro del sistema solar con la ayuda de vehículos automáticos (por ejemplo, naves espaciales de la serie Venus y Marte , Voyager , Galileo , Cassini-Huygens , Ulysses ).
Si una expedición tripulada a corto plazo a Marte o Venus usando motores químicos todavía parece técnicamente factible, entonces para los vuelos tripulados para viajar a objetos más distantes del sistema solar, el tamaño del cohete requerido para esto y la duración del vuelo son difíciles. implementar desde el punto de vista de la ciencia y la tecnología modernas.
Véase también
Enlaces
- NPO Energomash, que lleva el nombre del académico V.P. Glushko , es el principal fabricante ruso de motores de cohetes.
Literatura
- Glushko V.P. Cosmonáutica. - M. : Enciclopedia soviética, 1970.
- Alemasov V. E., Dregalin A. F., Tishin A. P. Teoría de los motores de cohetes / Ed. V. P. Glushko. - M. : Mashinostroenie, 1989. - 464 p.
Notas
- ↑ Continúan las pruebas de vida útil sin precedentes del análogo terrestre del sistema de propulsión integrado de la estación espacial internacional . RCP SIC (4 de octubre de 2012). - "... sin comentarios, se llevó a cabo la próxima 40ª sesión de la operación del análogo terrestre del sistema de propulsión conjunta (JPU) de la estación orbital". Consultado el 11 de mayo de 2017. Archivado desde el original el 11 de mayo de 2017.
- ↑ Lukashevich, Aceleradores de combustible sólido (TTU) de Vadim . Enciclopedia del espacio alado. Consultado el 11 de mayo de 2017. Archivado desde el original el 11 de mayo de 2017.
- ↑ Transbordador americano. transbordador espacial Sponli - espacio en línea (28 de marzo de 2014). Consultado el 11 de mayo de 2017. Archivado desde el original el 11 de mayo de 2017.
- ↑ Dumoulin, Jim Manual de referencia del transbordador NSTS . NASA (31 de agosto de 2000). Consultado el 11 de mayo de 2017. Archivado desde el original el 11 de mayo de 2017.
- ↑ LRE sobre combustible de un solo componente . Yo-Espacio. Consultado el 11 de mayo de 2017. Archivado desde el original el 11 de mayo de 2017.