 |
Параграф 3. Тяга Реактивного Двигателя
|
|
|
|
Содержание
Введение3
Глава 1. Зарождение ракетной техники4
Параграф 1. Первые ракетные пороховые двигатели 4
Глава 2. Воздушные Реактивные Двигатели 5
Параграф 1. Понятие о реактивном двигателе 5
Параграф 2. Виды реактивных двигателей 5
Параграф 3. Тяга реактивного двигателя 7
Глава 3. Ракетный двигатель 8
Параграф 1. Понятие о ракетном двигателе 8
Параграф 2. Жидкостные ракетные двигатели 8
Параграф 3. Ракетные Двигатели Твердого Топлива 10
Параграф 4. Гибридные Ракетные Двигатели 11
Глава 4. Заряды Твердого Ракетного Топлива 11
Глава 5. Сорбитовое топливо 12
Параграф 1. Краткие характеристики топлива 12
Параграф 2. Виды сорбитового топлива 13
Параграф 3. Создание МРД на сорбитовом топливе 14
Глава 6. Применение МРД на сорбитовом топливе 15
Параграф 1. Гражданское применение 15
Параграф 2. Военное применение МРД на сорбитовом топливе 15
Заключение. 16
Приложение 17
Список литературы 25
Введение
Ракетомодельный спорт является оновоположником современной космонавтики. Еще в начале XX века Сергей Павлович Королев вместе с коллегами создавали новое поколение летательных аппаратов (далее ЛА). Для создания тяги в ракетах использовали пороховые двигатели. В последствии эти пороховые двигатели переродились в Твердотопливные Ракетные Двигатели (далее РДТТ). Как спорт ракетомоделизм стал популярен в конце 50-ых начало 60-ых гг. То, что зарождалось как спорт постепенно начало проявлять актуальность в сфере метеорологи. Модели ракет притерпели изменения и на даннсй момент могут использоваться как сверх-легкие ракето-носители.
Целью данной работы является изучение строения и работы реактивных двигателей, ракетных двигателей на твердом топливе, жидкостных ракетных двигателей, а так же их особенностей, для проектирования нового Малого (Модельного) Ракетного Двигателя. В работе приведены схемы и иллюстрации к Двигательным Установкам, а так же схемы их классификаций.
|
|
|
Глава 1. Зарождение ракетной техники
Параграф 1. Первые ракетные пороховые двигатели.
Первые эксперименты с аппаратами, приводившиеся в движение за счет реактивной тяги проводились в еще ХIХ веке. Так, Андрей Дмитриевич Засядько, проводил опыты с «ракетной мельницей» - его изобретением, для расчета долей компонентов порохового топлива для первых ракет. К 1810-ым годам, ракетные системы Засядько превзошли ракетные системы Конгрева по дальности полета.
Сама ракета состояла из:
1) Разрывной части (гранаты)
2) Гильзы из листового железа
3) Хвостовых стабилизаторов полета
4) Движительного заряда пороха
5) Воспламенителя разрывной части
(См Схема 1 в Приложении)
На поле боя, данные ракеты стали особо эффективны, т.к дальность полета составляла порядка 6000 метров, а так же траектория полета была баллистической, что позволяло наносить урон противнику, находящемуся за укреплениями.
Данный тип ракет станет основоположником отечественной ракетной техники, как для гражданского применения, так и для нужд армии. Именно с этого и началось развитие ракетостроения как науки.
Глава 2. Воздушные Реактивные Двигатели
Параграф 1. Понятие о реактивном двигателе
Реактивным Двигателем называют двигатель, если он выполняет свои функции без использования движителя.
Воздушным Реактивным Двигателем называется двигатель, если в качестве рабочего тела используется воздух. Принцип действия ВРД: поток воздуха попадает в диффузор, где он сжимается, а скорость уменьшается. Затем, сжатый и нагретый воздух попадает в камеру сгорания (КС), перемешиваясь с впрыснутым через форсунки топливом. Далее, смесь воспламеняется от искры и устремляется через сопло, где поток покидает двигатель вместе с продуктами сгорания.
|
|
|
Параграф 2. Виды ВРД
Существует несколько видов ВРД (см Схема 2 в Приложении). Один из низ - Прямоточный Воздушно-Реактивный Двигатель (ПВРД). В нем располагается входной диффузор, в котором кинетическая энергия потока переходит в энергию давления в камеру сгорания, где химическая энергия переходит в тепловую энергию продуктов сгорания; сопло, в котором частицы продуктов сгорания ускоряются; коллектор горючего – устройство для подачи горючего в камеру сгорания; и стабилизатор горения – система инициирования и поддержания горения в КС.
У данного двигателя есть особенность – зависимость его характеристик от скорости полета. Характерные недостатки данного двигателя – отсутствие стартовой тяги. Это обусловлено низким давлением в КС, не превышающим полного давления входящего потока.
Вторым типом ВРД является Пульсирующий ВРД (ПуВРД). Его строение схоже с обычным ВРД, за тем исключением, что в нем присутствуют дополнительные агрегаты – обратный клапан, открывающийся при поступлении потока воздуха в КС и закрывается, когда давление внутри КС превышает давление набегающего потока. Так же модернизировано сопло – к нему добавлена резонаторная труба, где продукты горения выполняют роль газового поршня. По инерции, поршень проходит положение равновесия и приводит к понижению давления в КС.
ПуВРД обеспечивает тягу за счет истечения продуктов сгорания. Она создается только при истечении продуктов сгорания. Данный двигатель имеет малую экономичность, т.к большую часть работы, двигатель выполняет функцию аэродинамического сопротивления, тормозящего движение объекта.
Помимо ПуВРД и ПВРД, существуют частные варианты ВРД. Таким вариантом является Пульсирующий Прямоточный ВРД (см Схема 3 в Приложении). У данного двигателя циклический рабочий процесс, при котором скорость перемещения горящей смеси в КС превышает скорость звука. Это происходит из-за детонации смеси и ее дальнейшее смещение. При таком высоком давлении возможно использование КС без сопла.
|
|
|
Для повышения тяги Двигательной Установки (ДУ) можно применять компрессор для нагнетания набегающего потока. По данному принципу работают Турбореактивные двигатели - ТРД (см Схема 4 в Приложении)
Воздух, поступая в двигатель сжимается компрессором, после чего попадает в КС. Далее поток попадает на лопасти газовой турбины приводя в действие компрессор.
Параграф 3. Тяга Реактивного Двигателя
Для выражения тяги (P), для данного двигателя применимо уравнение сохранения импульса за некоторое время, допуская, что давление на наружной поверхности двигателя и во входном и выходном сечениях равно атмосферному:
Δt P = (Δm+Δmг)Wa-ΔmWвх
Где Δm – некоторая малая масса воздуха, поступившая за время Δt; Wвх – скорость поступления (входа) воздуха, равная скорости полета; Wа – скорость истечения продуктов сгорания.
Разделив на Δt и выполнив предельный переход, мы получаем формулу:
P = m(Wa-Wвх)
Данное уравнение является окончательно упрощенным и позволяет высчитывать тягу Двигательной установки.
Для всех ВРД есть общее свойство — зависимость тяги от скорости и высоты полета, так как атмосфера используется и как топливо, и как рабочее тело.(см Схема 5 в Приложении). Если все компоненты топлива и рабочее тело поместить на самом аппарате, то можно создать двигатель с меньшей зависимостью от среды.
|
|
|
