Hur raketer fungerar

Raketer med massiva drivmedel inkluderar alla de äldre fyrverkerieraketerna, men det finns nu mer avancerade bränslen, mönster och funktioner med solida drivmedel.

Raketer med fasta drivmedel uppfanns före raket med flytande bränsle. Den fasta drivmedelstypen började med bidrag från forskarna Zasiadko, Constantinov och Congreve. I ett avancerat tillstånd är solida drivarraketer fortfarande i utbredd användning idag, inklusive Space Shuttle-dubbla boostermotorer och Delta-seriens boosterstadier.

Hur fungerar en solid drivmedel

Ytarea är den mängd drivmedel som utsätts för förbränningsflammor, som finns i ett direkt förhållande till drivkraften. En ökning av ytarean kommer att öka dragkraften men minskar bränntiden eftersom drivmedlet konsumeras med en accelererad hastighet. Den optimala drivkraften är vanligtvis en konstant, som kan uppnås genom att upprätthålla en konstant ytarea under hela bränningen.

Exempel på konstruktion av spannmål med konstant ytarea innefattar: slutförbränning, inre kärna och yttre kärnförbränning och inre stjärna.

Olika former används för optimering av kornstångsförhållanden eftersom vissa raketer kan kräva en initialt hög drivkraftkomponent för start medan en lägre drivkraft kommer att räcka med regressiva tryckkrav efter lansering. Komplicerade kärnkärnmönster för att kontrollera den exponerade ytan på raketens bränsle har ofta delar belagda med en icke-brandfarlig plast (såsom cellulosaacetat). Denna beläggning förhindrar förbränningsflammor från att antända den delen av bränslet, antändas först senare när bränningen når bränslet direkt.

Specifik impuls

Vid utformningen av raketens drivkorn måste specifik impuls beaktas eftersom det kan vara skillnadssvikt (explosion) och en framgångsrik optimerad drivkraftsproducerande raket.

Moderna solida eldade raketer

Fördelar / Nackdelar

• När en fast raket antänds kommer den att förbruka hela sitt bränsle, utan något alternativ för avstängning eller tryckjustering. Saturn V-månraket använde nästan 8 miljoner pund drivkraft som inte skulle ha varit möjligt med användning av fast drivmedel, vilket krävde ett högspecifikt drivmedel med impuls.
• Faran som är inblandad i förblandade bränslen från monopropellant raketer, dvs ibland är nitroglycerin en ingrediens.

En fördel är enkel lagring av solida drivarraketer. Några av dessa raketer är små missiler som Honest John och Nike Hercules; andra är stora ballistiska missiler som Polaris, Sergeant och Vanguard. Flytande drivmedel kan erbjuda bättre prestanda, men svårigheterna med lagring och hantering av drivmedel av vätskor nära absolut noll (0 grader Kelvin) har begränsat användningen av att de inte kan uppfylla de stränga kraven som militären kräver av sin eldkraft.

Flytande eldade raketer teoretiserades först av Tsiolkozski i hans "Investigation of Interplanetary Space by Means of Reactive Devices", publicerad 1896. Hans idé förverkligades 27 år senare när Robert Goddard lanserade den första flytande eldade raketten.

Flytande eldade raketer drev ryssarna och amerikanerna djupt in i rymdåldern med de mäktiga Energiya SL-17 och Saturn V raketer. Dessa raketers höga kapacitet möjliggjorde våra första resor ut i rymden. "Jättesteget för mänskligheten" som ägde rum den 21 juli 1969, när Armstrong gick på månen, möjliggjordes av 8 miljoner pund drivkraften från Saturn V-raketten.

Hur en flytande drivmedel fungerar

Två metallbehållare håller bränslet respektive oxidationsmedlet. På grund av egenskaperna hos dessa två vätskor laddas de vanligtvis i sina tankar strax före lanseringen. De separata tankarna är nödvändiga för många flytande bränslen förbränns vid kontakt. Vid en inställd lanseringssekvens öppnas två ventiler, vilket gör att vätskan kan rinna ner i rörarbetet. Om dessa ventiler helt enkelt öppnas så att de flytande drivmedlen flödar in i förbränningskammaren skulle en svag och instabil drivhastighet uppstå, så antingen används en trycksatt gasmatning eller en turbopumpmatning.

Den enklare av de två, trycksatt gasmatning, tillför en tank med högtrycksgas till framdrivningssystemet. Gasen, en oreaktiv, inert och lätt gas (såsom helium), hålls och regleras, under intensivt tryck, av en ventil / regulator.

Den andra, och ofta föredragna, lösningen på bränsleöverföringsproblemet är en turbopump. En turbopump är densamma som en vanlig pump i funktion och kringgår ett gastrycksystem genom att suga ut drivmedlen och accelerera dem in i förbränningskammaren.

Oxidatorn och bränslet blandas och antänds inuti förbränningskammaren och trycket skapas.