Реферат

з фізики на тему:

РАКЕТНІ ДВИГУНИ

Зміст

1. УВЕДЕННЯ.

2. ПРИЗНАЧЕННЯ І ВИДИ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ.

3. ТЕРМОХІМІЧНІ РАКЕТНІ ДВИГУНИ.

4. ЯДЕРНІ РАКЕТНІ ДВИГУНИ.

5. ІНШІ ВИДИ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ.

6. ЕЛЕКТРИЧНІ РАКЕТНІ ДВИГУНИ.

УВЕДЕННЯ

Ракетний двигун – це реактивний двигун, що не використовує для роботи навколишнє середовище (повітря, воду). Найбільше широко застосовуються хімічні ракетні двигуни. Розробляються і випробуються інші види ракетних двигунів – електричні, ядерні й інші. На космічних станціях і апаратах широко застосовують і найпростіші ракетні двигуни, що працюють на стиснутих газах. Звичайно як робоче тіло в них використовують азот.

ПРИЗНАЧЕННЯ І ВИДИ РАКЕТНИХ ДВИГУНІВ

По призначенню ракетні двигуни підрозділяють на кілька основних видів: розгінні (стартові), гальмові, маршові, керуючі й інші. Ракетні двигуни в основному застосовуються на ракетах (звідси узята назва). Крім цього ракетні двигуни іноді застосовують в авіації. Ракетні двигуни є основними двигунами в космонавтиці.

По виду застосовуваного палива (робітника тіла) ракетні двигуни підрозділяються на: твердо паливні й рідинні.

Військові (бойові) ракети звичайно мають твердо паливні двигуни. Це пов'язано з тим, що такий двигун заправляється на заводі і не вимагає обслуговування весь термін збереження і служби самої ракети. Часто твердо паливні двигуни застосовують як розгінні для космічних ракет. Особливо широко, у цій якості, їх застосовують у США, Франції, Японії і Китаї.

Рідинні ракетні двигуни мають більш високі тягові характеристики, чим твердо паливні. Тому їх застосовують для відпровадження космічних ракет на орбіту навколо Землі і на міжпланетні перельоти. Основними рідкими паливами для ракет є гас, гептан (диметилгидразин) і рідкий водень. Для таких видів палива обов'язково необхідний окислювач (кисень). Як окислювач у таких двигунах застосовують азотну кислоту і зріджений кисень. Азотна кислота уступає зрідженому кисню по окисних властивостях, але не вимагає підтримки особливого температурного режиму при збереженні, заправлення і використанні ракет.

Двигуни для космічних польотів відрізняються від земних тем, що вони при можливо меншій масі й обсязі повинні виробляти як можна велику потужність. Крім того, до них пред'являються такі вимоги, як винятково висока ефективність і надійність, значний час роботи. По виду використовуваної енергії рухові установки космічних апаратів підрозділяються на чотири типи: термохімічні, ядерні, електричні, сонячно – вітрильні. Кожний з перерахованих типів має свої переваги й недоліки і може застосовуватися у визначених умовах.

В даний час космічні кораблі, орбітальні станції і безпілотні супутники Землі виводяться в космос ракетами, оснащеними могутніми термохімічними двигунами. Існують також мініатюрні двигуни малої сили тяги. Це зменшена копія могутніх двигунів. Деякі з них можуть уміститися на долоні. Сила тяги таких двигунів дуже мала, але її буває досить, щоб керувати положенням корабля в просторі.

ТЕРМОХІМІЧНІ РАКЕТНІ ДВИГУНИ

Відомо, що в двигуні внутрішнього згоряння, топці парового казана – усюди, де відбувається згоряння, сама активна участь приймає атмосферний кисень. У космічному просторі повітря ні, а для роботи ракетних двигунів у космічному просторі необхідно мати два компоненти – пальне й окислювач.

У рідинних термохімічних ракетних двигунах як пальне використовується спирт, гас, бензин, анілін, гидразин, диметилгидразин, рідкий водень. Як окислювач застосовують рідкий кисень, перекис водню, азотна кислота. Можливо, у майбутньому буде застосовуватися як окислювач рідкий фтор, коли будуть винайдені способи збереження й використання такої активної хімічної речовини.

Пальне й окислювач для рідинних реактивних двигунів зберігаються роздільно, у спеціальних баках і за допомогою насосів подаються в камеру згоряння. При їхньому з'єднанні в камері згоряння розвивається температура до 3000 – 4500 °С.

Продукти згоряння, розширюючи, здобувають швидкість від 2500 до 4500 м/с. Відштовхуючи від корпуса двигуна, вони створюють реактивну тягу. При цьому, чим більше маса і швидкість витікання газів, тим більше сили тяги двигуна.

Питому тягу двигунів прийнято оцінювати величиною тяги створюваною одиницею маси палива спаленної за одну секунду. Цю величину називають питомим імпульсом ракетного двигуна і вимірюють у секундах (кг тяги / кг згорілого палива в секунду). Кращі твердопаливні ракетні двигуни мають питомий імпульс до 190 с., тобто 1 кг палива згоряє за одну секунду створює тягу 190 кг. Воднево-кисневий ракетний двигун має питомий імпульс 350 с. Теоретично воднево-фторовый двигун може розвити питомий імпульс більш 400 с.

Звичайно застосовувана схема рідинного ракетного двигуна працює в такий спосіб. Стиснутий газ створює необхідний напір у баках із криогенним пальним, для запобігання виникнення газових пузирив у трубопроводах. Насоси подають паливо в ракетні двигуни. Паливо впорскується в камеру згоряння через велику кількість форсунок. Також через форсунки в камеру згоряння впорскують і окислювач.

У будь-якій машині при згорянні палива утворяться великі теплові потоки, що нагрівають стінки двигуна. Якщо не прохолоджувати стінки камери, то вона швидко прогорить, з якого би матеріалу вона ні була зроблена. Рідинний реактивний двигун, як правило, прохолоджують одним з компонентів палива. Для цього камеру роблять двох стіночною. У зазорі між стінками протікає холодний компонент палива.

Велику силу тяги створює двигун, що працює на рідкому кисні і рідкому водні. У реактивному струмені цього двигуна гази мчаться зі швидкістю більше 4 км/с. Температура цього струменя близько 3000°С, і складається вона з перегрітої водяної пари, що утвориться при згорянні водню і кисню. Основні дані типових палив для рідинних реактивних двигунів приведені в таблиці №1

Таб. №1

Окислювач | Пальне | Щільність, кг/м3 | Питома тяга, з | Питома теплота згоряння, кдж/кг

Азотна кислота | Гас | 1,36 | 235 | 6100

Рідкий кисень | Гас | 1,0 | 275