Flüssigkeitsraketentriebwerk
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Flüssigkeitsraketentriebwerk

Flüssigkeitsraketentriebwerk

 

Flüssigkeitsraketentriebwerk - ein Kraftstoff, für den sind verflüssigte Gase und chemische Flüssigkeiten. In Abhängigkeit von der Anzahl der Komponenten des LRE in Ein-, Zwei- und Drei-Komponenten unterteilt.

Eine kurze Geschichte der Entwicklung

            Zum ersten Mal schlug K.E. die Verwendung von verflüssigtem Wasserstoff und Sauerstoff als Treibstoff für Raketen vor. Tsiolkovsky im 1903-Jahr. Der erste Prototyp des LRE wurde vom Amerikaner Robert Howard im 1926-Jahr erstellt. Anschließend wurden solche Entwicklungen in der UdSSR, USA, Deutschland durchgeführt. Den größten Erfolg erzielten deutsche Wissenschaftler: Thiel, Walter, von Braun. Während des Zweiten Weltkriegs schufen sie eine ganze LRE-Linie für militärische Zwecke. Es wird vermutet, dass das Reich "V-2" schafft, bevor sie den Krieg gewonnen hätten. In der Folge wurden der Kalte Krieg und das Wettrüsten zu einem Katalysator, um die Entwicklung der LRE im Hinblick auf ihre Anwendung im Weltraumprogramm zu beschleunigen. Mit Hilfe von RD-108 wurden die ersten künstlichen Erdsatelliten in den Orbit gebracht.

Heute LRE in Raumfahrtprogrammen und schweren Raketen verwendet.

Umfang

Wie oben erwähnt, wird der Raketenmotor in erster Linie als Motorraumfahrzeugen und Trägerrakete verwendet wird. Die Hauptvorteile des LRE ist:

  • die höchste spezifische Impuls im Klassenzimmer;
  • Die Fähigkeit, einen Punkt und einen Neustart in einem Paar mit Traktionskontrolle durchzuführen, erhöht die Manövrierfähigkeit.
  • deutlich weniger Gewicht im Vergleich zu der Kraftstoffkammer mit dem festen Treibmittel.

Unter den Unzulänglichkeiten des LRE:

  • kompliziertere und teurere Vorrichtung;
  • erhöhte Anforderungen für den sicheren Transport;
  • in einem Zustand der Schwerelosigkeit, ist es notwendig, zusätzliche Motoren für die Ablagerung von Kraftstoff zu verwenden.

Ist der Hauptnachteil der LRE jedoch eine Grenze von Brennstoffenergiekapazität, die die Entwicklung von Raum mit ihnen bis zu einer Entfernung von Venus und Mars begrenzt.

Aufbau und Funktion

Das Funktionsprinzip eines Raketentriebwerks, sondern unter Verwendung von verschiedenen Schemata Einrichtungen erreicht. Brennstoff und Oxidationsmittel geben Sie mit Hilfe von Pumpen aus den Tanks in unterschiedlichen Mischkopf wird in den Brennraum eingespritzt und mischen. Nachdem ein Feuer unter dem Druck innerhalb der Kraftstoffenergie in kinetische umgewandelt und strömt durch eine Düse, wodurch eine Düsenschub.

Flüssigkeitsraketentrieb 2

Das Kraftstoffsystem enthält Treibstofftanks, Rohre und Pumpen zur Turbine zur Einspritzung von Kraftstoff aus dem Tank in dem Rohr und dem Ventilregler.

Kraftstoffförderpumpe erzeugt hohen Druck in der Kammer und folglich eine größere Ausdehnung des Arbeitsfluids, mit dem der maximalen spezifischen Impuls.

Düsenkopf - Einheit zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum-Komponenten. Die Hauptanforderung an die Düse - Qualität und die Geschwindigkeit der Vermischung des Kraftstoffzufuhr zu der Verbrennungskammer.

Kühlmittel

Obwohl der Anteil der Wärmeübertragung von der Struktur während der Verbrennung unbedeutend ist, ist das Problem der Kühlung aufgrund der hohen Verbrennungstemperatur (> 3000 K) dringend und droht mit einer thermischen Zerstörung des Motors. Es gibt verschiedene Arten der Kühlung der Kammerwände:

  • Regenerative abgekühlte basiert auf der Erzeugung von Hohlräumen in den Wänden der Kammer, durch die das Oxidationsmittel ohne Brennstoff, Kühlen der Kammerwand und die Wärme mit dem Kühlmittel (Kraftstoff) zurück in die Kammer.

  • Grenzschicht - wird aus dem Kraftstoffdampfgasschicht von den Kammerwänden erstellt. Dieser Effekt wird durch die Installation an der Peripherie der Kopfdüsen Fütterung nur Kraftstoff erreicht. Wodurch das Kraftstoffgemisch fehlen Oxidationsmittel und Verbrennung nahe der Wand ist nicht so intensiv wie in der Mitte der Kammer. Die Temperatur der Grenzschicht isoliert die hohen Temperaturen in der Mitte der Kammer von den Wänden der Brennkammer.

  • Das ablative Verfahren zum Kühlen eines Raketentriebwerks mit flüssigem Treibmittel wird durchgeführt, indem eine spezielle Hitzeschutzbeschichtung auf die Kammerwände und Düsen aufgebracht wird. Bei hohen Temperaturen wechselt die Beschichtung von einem festen in einen gasförmigen Zustand und absorbiert den größten Teil der Wärme. Diese Methode zur Kühlung eines Raketentriebwerks mit flüssigem Treibmittel wurde im Apollo-Mondprogramm verwendet.

Starten des LRE sehr kritisch Betrieb in Bezug auf explosive Ausfälle in der Umsetzung. Es hypergolic Komponenten, mit denen es keine Schwierigkeiten, aber bei Verwendung eines externen Initiator die optimale Konsistenz benötigt wird, um sie mit der Kraftstoffbestandteile zu liefern, um zu zünden. Die Ansammlung von unverbranntem Brennstoff in der Kammer ist verheerend Sprengkraft und verspricht schwerwiegenden Folgen.

Der Start großer Flüssigraketenmotoren erfolgt in mehreren Schritten mit dem Erreichen der maximalen Leistung, während die kleinen Motoren sofort mit einer Leistung von 100 Prozent anlaufen. 

Das automatische Steuersystem von Raketentriebwerken mit flüssigem Treibstoff zeichnet sich durch sicheres Starten und Verlassen des Triebwerks in den Hauptmodus, Steuerung des stabilen Betriebs, Schubanpassung gemäß Flugplan, Einstellung der Verbrauchsmaterialien und Abschalten bei Eingabe einer bestimmten Flugbahn aus. Aufgrund der Momente, die nicht berechnet werden können, ist der Flüssigkeitstreibstoffmotor mit einer garantierten Kraftstoffversorgung ausgestattet, damit die Rakete bei Abweichungen im Programm in eine bestimmte Umlaufbahn gelangen kann.  

Kraftstoffkomponenten und ihre Wahl im Konstruktionsprozess sind entscheidend für die Konstruktion eines Raketentriebwerks mit flüssigem Treibmittel. Darauf basierend werden die Bedingungen für Lagerung, Transport und Produktionstechnologie festgelegt. Der wichtigste Indikator für die Kombination von Komponenten ist der spezifische Impuls, der die Verteilung des prozentualen Anteils von Kraftstoff und Ladungsmasse bestimmt. Die Abmessungen und die Masse der Rakete werden nach der Tsiolkovsky-Formel berechnet. Zusätzlich zu dem spezifischen Impuls beeinflusst die Dichte die Größe von Tanks mit Brennstoffkomponenten, der Siedepunkt kann die Betriebsbedingungen von Flugkörpern einschränken, die chemische Aggressivität ist allen Oxidationsmitteln inhärent und wenn die Regeln für den Betrieb der Tanks nicht befolgt werden, kann dies zu einem Tankbrand führen, und die Toxizität einiger Brennstoffverbindungen kann die Atmosphäre und die Umwelt ernsthaft schädigen ... Daher wird Fluor, obwohl es ein besseres Oxidationsmittel als Sauerstoff ist, aufgrund seiner Toxizität nicht verwendet.

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Einkomponenten-Raketentriebwerke mit flüssigem Treibstoff verwenden eine Flüssigkeit als Kraftstoff, die sich bei Wechselwirkung mit einem Katalysator unter Freisetzung von heißem Gas zersetzt. Der Hauptvorteil von Einkomponenten-Raketentriebwerken ist ihre einfache Konstruktion, und obwohl der spezifische Impuls solcher Triebwerke gering ist, eignen sie sich ideal als Triebwerke mit geringem Schub zur Orientierung und Stabilisierung von Raumfahrzeugen. Diese Motoren verwenden ein Kraftstoffversorgungssystem mit Verdrängung und benötigen aufgrund der niedrigen Prozesstemperatur kein Kühlsystem. Einkomponentenmotoren umfassen auch Gasstrahltriebwerke, die unter Bedingungen der Unzulässigkeit von thermischen und chemischen Dämpfen eingesetzt werden.

In den frühen 70-ies US und der Sowjetunion entwickelte die Drei-Komponenten-Flüssigraketentriebwerke, die Wasserstoff als Brennstoff und Kohlenwasserstoffbrennstoff zu verwenden wäre. Somit würde der Motor für Kerosin und Sauerstoff beim Anlauf zu betreiben und geschaltet, um den Flüssigwasserstoff und Sauerstoff in großer Höhe. Ein Beispiel des Drei LRE Rußland hat eine RD-701.

Missile Steuer wurde zuerst in Raketen verwendet "Fau-2» unter Verwendung von Graphit gasdynamische Ruder, aber dies verringert die Motorleistung und sind in modernen Raketen Rotationskammer mit dem Gehäuse durch Scharniere zu schaffen Flexibilität in einer oder zwei Ebenen angebracht verwendet. Darüber PTZ-Kameras werden als Stellmotoren, die in die entgegengesetzte Richtung fixiert sind die Düsen und gegebenenfalls Steuervorrichtung in dem Raum verwendet.

Ein LRE mit geschlossenem Kreislauf ist ein Motor, dessen einer Komponente bei der Verbrennung bei niedriger Temperatur mit einem kleinen Teil der anderen Komponente vergast wird. Das entstehende Gas fungiert als Arbeitsfluid der Turbine. Anschließend wird es in die Verbrennungskammer geleitet, wo es mit Brennstoffkomponenten verbrennt und Strahl erzeugt. Der Hauptnachteil dieses Schemas ist die Komplexität des Entwurfs, gleichzeitig steigt jedoch der spezifische Impuls. 

Die Aussicht auf eine Erhöhung der Leistung von Flüssigraketentriebwerke

In der russischen Schule der Schöpfer der LRE, die lange Zeit von Akademiker Glushko geleitet wurde, bemühen sie sich, die Verwendung von Treibstoffenergie und damit den maximal möglichen spezifischen Impuls zu maximieren. Da der maximale spezifische Impuls nur durch Erhöhung der Ausdehnung der Verbrennungsprodukte in der Düse erzielt werden kann, werden alle Entwicklungen auf der Suche nach dem perfekten Kraftstoffgemisch durchgeführt.   

 

 

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