| Статистика |
|---|
Онлайн всього: 1 Гостей: 1 Користувачів: 0
|
|
Пристрій ракет
Проникнення в космічний простір і його освоєння немислимо без засобів доставки в космос літальних апаратів - космічних кораблів, штучних супутників Землі та ін. Космічний простір стало доступне людству завдяки появі такого засобу пересування, як ракета.Космічна ракета - це складна машина.
Серцем кожної машини є двигун, в якому відбувається перетворення різних видів енергії (електричної, хімічної та ін) в механічну енергію.Серцем космічної ракети також є двигун. Як правило, на космічних ракетах встановлюються рідинні реактивні двигуни - про них ми і будемо говорити. Джерелом живлення для рідинних реактивних двигунів служать компоненти палива - окислювач і пальне. На борту ракети вони містяться в паливних баках.
Як паливо з баків подається в двигун? У малих ракетах ця задача вирішується досить просто - рідке паливо видавлюється з баків стисненим газом і по трубопроводу надходить у камеру згоряння. У великих же ракетах паливо в камеру двигуна подається з допомогою насосів.
Насосна подача палива дозволяє при як завгодно великому тиску в камері згоряння двигуна мати тиск у баках з паливними компонентами всього лише 2 - 3 атм. Робота насосів, що перекачують паливо, забезпечується турбіною, робоче колесо якої знаходиться на одному валу з насосами. Турбіна приводиться в рух газом, що надходить на робоче колесо турбіни спеціального газогенератора. В газогенератор подаються ті ж компоненти палива, що і в камеру згоряння двигуна, але з іншим співвідношенням - на одну частину окислювача припадає 15 - 20 частин пального.Завдяки цьому газ, що виходить в газогенераторі, має температуру = 1000 - 1200°С. Таку температуру турбіна витримує, її деталі не згорають.
Реактивний двигун, турбіна з газогенератором і насосами, а також паливні баки складають рухову установку ракети. Рухова установка є силовим агрегатом ракети, її найважливішою частиною. Вона забезпечує розгін ракети до заданої швидкості. Але ракеті необхідно не тільки повідомити задану швидкість.
Космічні ракети під час польоту повинні управлятися. Навіть невелике обурення польоту ракети може призвести до великим відхилення від наміченої мети. А що може обурювати політ ракети? Головний джерело збурень руху ракети - неточне збіг струменя минає з сопла двигуна газу з віссю ракети. Ця невідповідність може бути дуже малим, але внаслідок цього ракета може відхилитися від наміченої мети на десятки і сотні кілометрів. Тому всі ракети дальньої дії, а тим більше космічні, обов'язково мають систему керування польотом.
Система управління служить для того, щоб забезпечити попадання ракети в намічену ціль, тобто попередити відхилення її польоту від заздалегідь наміченого курсу. Але ракета повинна управлятися не тільки з курсом, система управління забезпечує також і стабілізацію ракети. Спробуйте з силою кинути палицю. Ви помітите, що вона не летить у повітрі подібно стрілі, а перекидається. Точно так само і ракета, перебуваючи під дією сили тяги двигуна, буде перекидатися, тобто отримувати обертальний рух навколо своїх осей симетрії.Таких осей у три ракети - поздовжня і дві поперечні.Система управління утримує ракету від перекидання в просторі, тобто гасить обертання навколо осей симетрії.
Говорячи більш точно, система управління виробляє сигнали на виправлення становища ракети в просторі. Ці сигнали передаються на органи управління ракетою, які, отримавши сигнал, виробляють силовий вплив на ракету, змушуючи її змінювати або напрям руху або положення в просторі. Якщо рухову установку ми назвали серцем ракети, то система управління - її голова і нерви. Крім цих двох найголовніших частин, до складу ракети входить корисний вантаж - те, заради чого і запускається ракета.
Корисним вантажем в бойові ракети є головна частина з зарядом вибухівки, а на космічних ракетах - космічний об'єкт (штучний супутник Землі, автоматична міжпланетна станція, космічний корабель з людьми на борту).
Розглянемо тепер найбільш характерні особливості складових частин ракети. На малюнку 1 зображена схема рухової установки рідинної ракети. Насоси подають компоненти палива до голівок двигуна, в якій змонтовано велику кількість форсунок: одні з них окислювальні (через них в камеру згоряння впорскується окислювач), інші - форсунки пального (через них пальне впорскується). Форсунки забезпечують розпил тонкий пального і окислювача і їх змішування в камері згоряння двигуна.
Рис. 1. Схема рухової установки ракети на рідкому паливі.
В будь-якій машині при згорянні палива розвиваються великі теплові потоки, що нагрівають стінки двигуна до високих температур.Рідинний ракетний двигун відрізняється від всіх інших теплових машин своїй винятково високій теплонапряженностью.Теплонапруженість - найбільш характерна риса РРД. Якщо не прохолоджувати стінки ракетного двигуна, вони швидко прогорять, з якого б матеріалу не були зроблені. Ракетний двигун повинен інтенсивно охолоджуватися, тільки за цих умов він може довго працювати. А чим його охолоджувати? Автомобільні двигуни, наприклад, охолоджують водою.Можна охолоджувати водою ракетні двигуни? Можна. До речі треба сказати, що вода володіє найкращими змащувальними властивостями в порівнянні з іншими рідинами. Однак воду для охолодження ракетних двигунів не застосовують. Адже для цього на борт ракети потрібно брати запас води, і не малий. Крім того, вода буде нагріватися, і її потрібно буде чимось охолодити. До чого це призведе? До дуже помітного збільшення ваги ракети, що небажано.
РРД, як правило, прохолоджують одним з компонентів палива - горючим або окислювачем. Для цього камеру згоряння роблять двухстеночной. В зазорі між внутрішньою вогневої стінкою і зовнішньої (цей проміжок називається сорочкою охолодження) протікає холодний компонент палива. Омиваючи вогневу стінку двигуна, він охолоджує її, нагріваючись сам. Нагріте в сорочці охолодження компонент потім надходить у головку двигуна. Однак тільки таке охолодження для РРД виявляється недостатнім.Для посилення охолодження частина компонента палива не розпилюють в камері згоряння і не змішують з іншим компонентом, а впорскують прямо на стінку двигуна. Полив стінки двигуна рідким компонентом забезпечує в достатній мірі його охолодження.
Як підпалюється горюча суміш в ракетному двигуні? В автомобільних і авіаційних двигунах підпалювання проводиться за допомогою электросвечи, яка дає іскру і забезпечує займання паливної суміші. Для ракетних двигунів такий малопотужний джерело запалювання виявився непридатним. Для деяких ракетних палив (так званих самозаймистих) питання про запалюванні взагалі не існує. При змішуванні пального і окислювача таке паливо запалюється, і ніякого додаткового джерела для його підпалювання не потрібно.Пам'ятаєте, ми говорили, що в атмосфері фтору все горить.Змішання фтору з будь-яким пальним компонентом в камері двигуна призводить до займання паливної суміші. Для двигунів, що працюють на фторном паливі, не потрібно запального пристрою. А от рідкий кисень такими властивостями не володіє. Палива на основі рідкого кисню потребують запалюванні від якого-небудь джерела. Паливо підпалити в ракетному двигуні можна за допомогою факела вогню, отриманого при згорянні порохового заряду. Порохову шашку вводять через сопло в камеру згорання двигуна. В момент надходження компонентів в двигун шашку підпалюють электросвечой;факел від горіння порохового заряду підпалює ракетне паливо. Так відбувається запуск ракетного двигуна. А як його зупинити? Так само, як зупиняють будь-який двигун,- потрібно припинити подачу палива в камеру згоряння, тобто перекрити трубопроводи, по яких паливо з паливних баків підводиться до двигуна.
Розглянемо тепер,як проводиться стабілізація положення ракети в просторі при її польоті, тобто усувається дію різних збурюючих факторів, що змушують ракету під час польоту довільно обертатися навколо своїх осей. Ймовірно, ви добре знайомі з дитячою іграшкою, званої дзигою, і знаєте, чому вона чудова. Поставте вовчок вертикально і повідомте йому велику швидкість обертання.В такому стані, якщо на нього не будуть діяти якісь сили (не рахуючи, звичайно, силу тяжіння), дзига, поки він знаходиться в русі, стійко зберігає вертикальне положення своєї осі обертання. Це дивна властивість вовчка відкрив, а краще сказати, звернув на нього увагу в 1871 р. французький вчений Фуко.
Чудове властивість дитячої іграшки вовчка і використовується при створенні дуже точних і складних приладів - гіроскопів, що утримують ракету в просторі в певному положенні. Перед запуском ракети гіроскоп розганяється до швидкості, що відповідає кільком десяткам тисяч обертів у хвилину. Розкручують їх, звичайно, не вручну. Гіроскопом може служити, наприклад, електромотор. Ротор електродвигуна виконує роль вовчка. Підключивши до такого гіроскопа-електромотору харчування, можна змусити обертатися ротор з дуже великою швидкістю.Вовчок-ротор електродвигуна буде обертатися навколо осі, розташованої в певній площині.
У польоті на ракету діють різні сили (наприклад, поблизу Землі сильний вітер), під впливом яких вона може повертатися навколо однієї з осей. Але якщо ракета і буде повертатися, то гіроскоп, встановлений на ній, або, вірніше, вісь його обертання, буде зберігати своє початкове положення.
Рис. 2. Дзига зберігає незмінним положення осі обертання.
|
| Категорія: Шлях у космос | Додав: 27.09.2016
|
| Переглядів: 1573
| Рейтинг: 0.0/0 |
|
