Silnik rakietowy
Z Wikipedii
Silnik rakietowy – silnik wykorzystujący energię odrzutu spalanych gazów lub uporządkowanej energii (rodzaj silnika odrzutowego), przy czym zarówno paliwo rakietowe jak i utleniacz znajdują się w zbiornikach napędzanego urządzenia (tlen nie jest pobierany z atmosfery). Dzięki temu może pracować w dowolnych warunkach, np. w próżni kosmicznej i pod wodą. Stosowany najczęściej w rakietach i promach kosmicznych oraz pociskach rakietowych.
Spis treści |
[edytuj] Podział silników
Wyróżnia się trzy typy silników rakietowych: na paliwo stałe, ciekłe oraz silniki hybrydowe.
[edytuj] Silniki na paliwo ciekłe
Najpopularniejsze i najwydajniejsze są silniki na paliwo ciekłe. W ich zbiornikach znajduje się utleniacz (np. ciekły tlen) oraz płynny reduktor. Rakiety kosmiczne wykorzystują do napędu mieszanki tlenu i wodoru. Tego typu silniki mają skomplikowaną budowę, a co za tym idzie są najdroższe. Do zalet tych konstrukcji należy możliwość kontrolowania ciągu poprzez odpowiednie wtryskiwanie paliwa do komory spalania.
[edytuj] Silniki na paliwo stałe
Tańsze, ale o gorszych parametrach są silniki na paliwo stałe. Mają dużo prostszą budowę, gdyż komora spalania jest w zasadzie komorą paliwową. Jako paliwo stosuje się mieszankę utleniacza z reduktorem w postaci stałej, które tworzy tzw. ziarno paliwa. Tego typu silniki dzielą się na dwa typy. Paliwo może w nich spalać się czołowo lub kanałowo. Mieszanka spalająca się czołowo pali się od dyszy do górnej zatyczki, natomiast spalająca się kanałowo od środka ziarna (z kanałem przez całą długość) do ścian korpusu. Tego typu silniki stosowane są do wynoszenia wahadłowców na dużą wysokość. Większość amatorskich modeli rakietowych również opiera się o tę technologię. Wadą takiego silnika jest brak możliwości kontroli ciągu, a nawet wyłączenia go przed wypaleniem całości paliwa.
Pierwsze konstrukcje oparte o proch czarny zostały wymyślone w Chinach. Możliwe jest zrobienie takiego silnika w praktycznie dowolnym wymiarze (od potężnych silników pomocniczych wahadłowców po kilkucentymetrowe konstrukcje modelarzy rakietowych).
[edytuj] Silniki hybrydowe
Silniki hybrydowe najczęściej posiadają stały reduktor i ciekły utleniacz (np. podtlenek azotu). Taki silnik został wykorzystany w samolocie kosmicznym SpaceShipOne (który jako pierwsza prywatna konstrukcja znalazł się w kosmosie).
[edytuj] Parametry silników
Silnik rakietowy charakteryzuje się trzema podstawowymi parametrami: ciągiem, czasem pracy i wartością impulsu właściwego.
[edytuj] Ciąg
Ciąg oznaczamy literą P. Jest to siła jaka powstaje przy wyrzucaniu przez dyszę gazów będących produktem spalania paliwa. Czas pracy silnika rakietowego oznaczamy literą t. Znając ten parametr możemy określić silnik jako startowy lub marszowy. Gazy opuszczające silnik przez dysze są kierowane przeciwnie do oczekiwanego kierunku lotu rakiety. Aby rakieta mogła się wznieść, ciąg musi być większy od jej ciężaru startowego (masy pomnożonej przez przyspieszenie ziemskie). Znając impuls właściwy paliwa możemy obliczyć wartość ciągu silnika korzystając ze wzoru:
Gdzie P to ciąg, Iw to impuls właściwy paliwa, Q to ciężar paliwa i t to czas pracy silnika.
[edytuj] Czas pracy
[edytuj] Impuls całkowity
Impuls całkowity jest w istocie ilością energii danego silnika rakietowego. Jest oznaczany jako Ic, a jego jednostką jest Ns (niutonosekunda). Aby go obliczyć, musimy znać ciąg silnika i czas jego pracy:
Przykładowo, silnik o ciągu 200 N pracujący przez 3 sekundy ma impuls całkowity równy 600 Ns. Warto zauważyć, że silnik o ciągu 100 N pracujący 6 sekund również ma 600 Ns.
[edytuj] Typy pracy silnika
Wyróżniamy dwa typy pracy silników rakietowych.
[edytuj] Marszowy
Silnik pracujący marszowo nadaje rakiecie stosunkowo niewielkie przyspieszenie (ze względu na niski ciąg). Działa jednak długo. Ma za zadanie stopniowo nadawać prędkość rakiecie lub nawet utrzymać tylko ją na stałym poziomie. Wartość ciągu takiego silnika jest niewiele większa od ciężaru rakety.
[edytuj] Startowy
Silnik startowy pracuje przez krótki czas, nadając rakiecie bardzo duże przyspieszenie. Tak rozpędzona konstrukcja może przelecieć dużą odległość nawet po zakończeniu lotu silnikowego.
Zwykle stosuje się w rakietach oba typy silników. Najczęściej silniki startowe po skończeniu pracy zostają odrzucone od rakiety, która kontynuuje lot z wykorzystaniem silnika marszowego. Takie rozwiązanie jest stosowane przy wynoszeniu na orbitę wahadłowców, na przykład w rakiecie dodatkowej na paliwo stałe amerykańskiego programu STS.
