Hoe raketten werken

Raketten met vaste stuwstof omvatten alle oudere vuurwerkraketten, maar er zijn nu meer geavanceerde brandstoffen, ontwerpen en functies met vaste stuwstoffen.

Raketten met vaste stuwstof werden uitgevonden vóór raketten met vloeibare brandstof. Het type vaste stuwstof begon met bijdragen van wetenschappers Zasiadko, Constantinov en Congreve. Nu in een geavanceerde staat, worden raketten met vaste stuwstof vandaag de dag nog steeds op grote schaal gebruikt, inclusief de Space Shuttle dual booster-motoren en de Delta-serie booster stages.

Hoe een solide drijfgas werkt

Oppervlakte is de hoeveelheid drijfgas die wordt blootgesteld aan vlammen van inwendige verbranding, bestaande in een directe relatie met stuwkracht. Een toename van het oppervlak zal de stuwkracht vergroten, maar zal de brandtijd verminderen, aangezien het drijfgas sneller wordt verbruikt. De optimale stuwkracht is typisch een constante, die kan worden bereikt door een constant oppervlak gedurende de brandwond te handhaven.

Voorbeelden van korrelontwerpen met een constant oppervlak zijn onder meer: ​​eindverbranding, verbranding met inwendige kern en uitwendige kern en verbranding met inwendige sternkern.

Verschillende vormen worden gebruikt voor de optimalisatie van korrel-stuwkracht relaties omdat sommige raketten een aanvankelijk hoge stuwkracht component nodig hebben voor het opstijgen, terwijl een lagere stuwkracht zal voldoen aan de regressieve stuwkrachtvereisten na de lancering. Ingewikkelde korrelkernpatronen, bij het regelen van het blootgestelde oppervlak van de brandstof van de raket, hebben vaak delen bedekt met een niet-brandbare kunststof (zoals celluloseacetaat). Deze laag voorkomt dat interne verbrandingsvlammen dat deel van de brandstof ontsteken, dat pas later wordt ontstoken wanneer de brandwond de brandstof rechtstreeks bereikt.

Specifieke impuls

Bij het ontwerpen van de stuwkorrel van de raket moet rekening worden gehouden met de specifieke impuls, aangezien dit de verschilfout (explosie) kan zijn en een met succes geoptimaliseerde stuwkracht producerende raket.

Moderne raketten met vaste brandstof

Voordelen nadelen

• Zodra een solide raket wordt ontstoken, verbruikt deze alle brandstof, zonder enige optie voor uitschakeling of stuwkrachtregeling. De Saturn V-maanraket gebruikte bijna 8 miljoen pond stuwkracht die niet mogelijk zou zijn geweest met het gebruik van vast drijfgas, waarvoor een vloeibaar drijfgas met een hoge specifieke impuls nodig was.
• Het gevaar van de voorgemengde brandstoffen van monopropellerende raketten, d.w.z. soms nitroglycerine is een ingrediënt.

Een voordeel is het gemak van opslag van vaste raketten. Sommige van deze raketten zijn kleine raketten zoals Honest John en Nike Hercules; anderen zijn grote ballistische raketten zoals Polaris, Sergeant en Vanguard. Vloeibare stuwstoffen bieden misschien betere prestaties, maar de moeilijkheden bij de opslag en hantering van vloeistoffen in de buurt van absoluut nul (0 graden Kelvin) hebben het gebruik ervan niet mogelijk gemaakt om te voldoen aan de strenge eisen die het leger aan zijn vuurkracht stelt.

Raketten met vloeibare brandstof werden voor het eerst getheoretiseerd door Tsiolkozski in zijn 'Investigation of Interplanetary Space by Means of Reactive Devices', gepubliceerd in 1896. Zijn idee werd 27 jaar later gerealiseerd toen Robert Goddard de eerste raket met vloeibare brandstof lanceerde.

Vloeistofgevoede raketten stuwden de Russen en Amerikanen diep in het ruimtetijdperk met de machtige Energiya SL-17 en Saturn V raketten. De hoge stuwkracht van deze raketten maakte onze eerste reizen in de ruimte mogelijk. De "gigantische stap voor de mensheid" die plaatsvond op 21 juli 1969, toen Armstrong op de maan stapte, werd mogelijk gemaakt door de 8 miljoen pond stuwkracht van de Saturn V-raket.

Hoe een vloeibaar drijfgas werkt

Twee metalen tanks bevatten respectievelijk de brandstof en het oxidatiemiddel. Vanwege de eigenschappen van deze twee vloeistoffen worden ze meestal net voor de lancering in hun tanks geladen. De afzonderlijke tanks zijn nodig, want veel vloeibare brandstoffen verbranden bij contact. Bij een ingestelde startvolgorde gaan twee kleppen open, waardoor de vloeistof door het leidingwerk kan stromen. Als deze kleppen eenvoudig worden geopend waardoor de vloeibare drijfgassen in de verbrandingskamer kunnen stromen, zou er een zwakke en onstabiele stuwkracht optreden, dus wordt een gastoevoer onder druk of een turbopompvoeding gebruikt.

De eenvoudigste van de twee, de gastoevoer onder druk, voegt een tank met hogedrukgas toe aan het aandrijfsysteem. Het gas, een niet-reactief, inert en licht gas (zoals helium), wordt vastgehouden en gereguleerd, onder intense druk, door een klep / regelaar.

De tweede, en vaak geprefereerde, oplossing voor het brandstofoverdrachtprobleem is een turbopomp. Een turbopomp is hetzelfde als een normale pomp in werking en omzeilt een systeem onder druk door de drijfgassen eruit te zuigen en ze in de verbrandingskamer te versnellen.

Het oxidatiemiddel en de brandstof worden gemengd en in de verbrandingskamer ontstoken en er ontstaat stuwkracht.