Твердопаливні ракетні двигуни

Твердопаливні ракетні двигуни
Ракетні двигуни твердого палива - найстаріші серед сімейства реактивних двигунів - гранично прості по пристрою. У них, по суті, дві основні частини - камера і реактивне сопло.

Камера РДТТ одночасно служить і камерою згоряння, що витримує значний тиск, і місцем зберігання всього палива. Тиск в камері згоряння РДТТ звичайно вище, ніж в камері згоряння ДРД, так як його не обмежують параметри паливної системи. Тому РДТТ мають більш високий коефіцієнт тяги. У більшості сучасних РДТТ тиск знаходиться в межах від 30 до 100 кг / см 2.

Основною характерною особливістю РДТТ є їх простота. Дійсно, в цьому випадку відпадає необхідність у системі подачі палива. Проте час роботи такого двигуна обмежена

Твердопаливні ракетні двигуни
всього декількома секундами або навіть частками секунди і рідко перевищує 1-2 хвилини.

Внаслідок цього такі двигуни знайшли широке застосування в прискорювачах, де необхідно отримувати дуже високі тяги протягом коротких проміжків часу. Двигуни, що застосовуються в цих цілях, мають меншу вагу, ніж силові установки будь-якого іншого типу.

Застосування РДТТ в якості стартових допоміжних силових установок на літаках дозволяє збільшити корисне навантаження літаків і скоротити довжину пробігу при зльоті.

З експлуатаційної точки зору перевага силових установок з РДТТ полягає в тому, що вони завжди готові для використання і не вимагають заправки баків перед самим запуском, тому їх застосовують і в якості основних двигунів на ракетних снарядах. Типовим прикладом може служити ракетний снаряд класу «земля-земля».

Твердопаливні ракетні двигуни
З'явилися також потужні балістичні твердопаливні ракети, якими озброюються атомні підводні човни, і міжконтинентальні балістичні ракети на твердому паливі.

Крім цих достоїнств є досить істотний недолік. Після запуску двигуна горіння зазвичай триває до повного вигоряння палива; при цьому зміна тяги слід цілком певним законом і не піддається регулюванню. Однак теоретично можливо регулюванням тиску в камері припинити горіння палива і при бажанні знову відновити його. Горіння можна припинити або продувкою камери, або гасінням полум'я спеціальною рідиною. Відновити ж горіння можна тільки при використанні нового заряду воспламенителя. В даний час можна здійснити своєчасне вимикання двигуна, але здійснення повторного займання все ще залишається складною проблемою. Його роботу надзвичайно складно регулювати. Швидкість горіння палива не повинна скільки-небудь значно змінюватися зі зміною тиску і температури. Регулювання величини тяги РДТТ можна здійснювати лише в певних наперед заданих межах, підбираючи твердопаливні заряди відповідної геометрії і структури.

Твердопаливні ракетні двигуни
У РДТТ важко регулювати не тільки силу тяги, але і її напрямок. Для цього треба змінювати положення тягової камери, а вона дуже велика, адже в ній знаходиться весь запас палива. З'явилися твердопаливні ракети з поворотними соплами, конструктивно вони досить складні, але це дозволяє вирішити проблему керування напрямком тяги.

У космонавтиці в даний час ракетні двигуни твердого палива застосовуються обмежено. Потужні РДТТ використовуються на деяких американських ракетах - носіях, наприклад, на ракеті «Титан».

Найважливішим елементом РДТТ є заряд твердого палива. Характеристики двигуна залежать і від елементів палива, і від структури і пристрої заряду. Розрізняють два основних види твердих ракетних палив: двохосновні, або колоїдні, і сумішеві. Колоїдне паливо

Твердопаливні ракетні двигуни
являє собою твердий однорідний розчин органічний речовин, молекули яких містять окислювальні і горючі елементи. Найбільш широко використовується твердий розчин нітроцеллюози і нітрогліцерину. Збільшення вмісту нітрогліцерину в такому розчині підвищує питома імпульс двигуна, однак, збільшується і вибухонебезпечність палива, погіршуються його стабільність і механічні властивості заряду.

Твердопаливні ракетні двигуни
Заряди з колоїдного палива застосовуються найчастіше в невеликих двигунах.

Сумішеві палива являють собою механічні суміші пального та окислювача. В якості окислювача в цих паливах зазвичай застосовують неорганічні кристалічні речовини - перхлорат амонію, перхлорат калію та інші. Зазвичай таке паливо складається з трьох компонентів: крім окислювача, в нього входять полімерне пальне, що служить сполучною елементом, і друге пальне у вигляді порошкоподібних металевих добавок, які суттєво покращують енергетичні характеристики палива. Пальним сполучною можуть бути поліефірні та епоксидні смоли, поліуретановий полібутадієновими каучук і ін.

Твердопаливні ракетні двигуни

Другим пальним частіше служить порошкоподібний алюміній, іноді берилій або магній. Сумішеві палива зазвичай мають більшу питому імпульс, ніж колоїдні, велику щільність, більшу стабільність, краще зберігаються, більш технологічні. Для приготування сумішевого палива в рідке пальне-сполучна додають подрібнені кристали окислювача, металевий порошок і інші добавки, отриманий склад ретельно перемішують і заливають у спеціальні форми або безпосередньо в корпус двигуна, звідки попередньо відкачують повітря. Під дією спеціально введених в суміш каталізаторів сполучна речовина полимеризуется і паливо перетворюється резиноподібного масу.

У ракетному двигуні, що працює на твердому паливі, паливо цілком розташоване в камері згоряння у вигляді одного або декількох блоків певної форми, які називаються зарядами або шашками. Заряди утримуються стінками камери або спеціальними гратами, звані діафрагмами.

Дуже важлива геометрична форма заряду. Змінюючи її та використовуючи бронюють покриття поверхонь заряду, які не повинні горіти, домагаються потрібного зміни площі горіння і відповідно тиску газів в камері і тяги двигуна.

Є заряди, що забезпечують нейтральне горіння, у них площа горіння залишається незмінною. Так виходить, якщо шашка твердого палива горить з торця або ж одночасно з зовнішньої і внутрішньої поверхні (для цього всередині заряду робиться порожнину). При регресивному горінні поверхню горіння зменшується. Так виходить, якщо циліндрична шашка горить з зовнішньої поверхні. І, нарешті, для прогресивного горіння, яке забезпечує збільшення тиску в камері згоряння,

Твердопаливні ракетні двигуни
потрібно наростання площі горіння. Простим прикладом такого заряду служить шашка, палаючи по внутрішній циліндричній поверхні.

У РДТТ застосовується піротехнічне, пірогенний та хімічна запалювання паливного заряду. При піротехнічному запаленні електрозапал підпалює піротехнічний запальник, від якого виробляється запалювання основного заряду. Пірогенний запалювання виробляється від газогенератора твердого палива, який, по суті, являє собою невеликий твердопаливний двигун. Для хімічного запалювання в камеру вводиться хімічно активна рідина або газ - пусковий окислювач, що призводить до самозаймання.

Щільність твердих палив на 20 - 80% вище, ніж щільність рідких палив. Ця перевага твердих палив частково компенсує їх більш низький одиничний імпульс.

У РДТТ паливо завжди тісно пов'язане з кожухом двигуна. Тому відношення сумарного імпульсаI до загальної ваги двігателяGДВ (включаючи і вага палива GТ) визначає якість двигуна. Воно пов'язане з одиничним

Твердопаливні ракетні двигуни
імпульсом IЕД і з комплексом D. представляє собою співвідношення ваги палива до загальної ваги двигуна, наступним співвідношенням:

Величина D лежить в межах від 0,4 до 0,95. Для більшості сучасних конструкцій D = 0,86.

Схожі статті