Каковы особенности различных видов РД: жидкостных, твердотопливных и гибридных?
Вид для печати
Каковы особенности различных видов РД: жидкостных, твердотопливных и гибридных?
Если "по-простому":
1. Жидкостные - наиболее сложны по конструкции - насосы, регуляторы, система охлаждения сопла, куча автоматики. Требуют топливных баков. Баки как правило заправляют непосредственно перед использованием - так как топливо и окислитель либо агрессивны (амил+гептил), либо испаряются при стандартной температуре (жидкий кислород например).
К тому же в большинстве крупных ракет (космического назначения точно), топливные баки не рассчитаны на длительное хранение КРТ по механическим нагрузкам (весу топлива) - борьба за каждый килограмм полезной нагрузки.
Поэтому подготовка ракеты на ЖРД к пуску - довольно длительное развлечение. Так, стандартная процедура подготовки к пуску РН "Протон" занимает восемь часов. Из которых шесть - заправка ракеты - по три часа на каждый компонент.
Зато ракета на ЖРД может храниться и перевозиться в достаточно широких температурных и влажностных режимах. Так, части РКН на Байконур доставляют в обычных (хорошо, не обычных, а для крупногабаритных грузов) вагонах - без термостатирования и герметичности - сами части закрыты брезентовыми чехлами, а сопла двигателей - специальными крышками-заглушками и еще дополнительными брезентовыми "чепчиками".
Еще тягу ЖРД проще регулировать - менять давление подаваемой в камеру сгорания смеси и все.
2. Твердотопливные просты как тапки - главное нужной формы полость в твердом топливе сформировать на производстве, да подобрать химический состав самого топлива.
Но требовательны при хранении и перевозке - перепады влажности и температуры, сильная тряска и вибрация могут привести к растрескиванию топлива. А трещина в топливе ТРД = взрыв.
Зато ракета на ТРД практически не требует подготовки к пуску - сняли заглушки, включили систему управления, дали искру в электрозапале - и она полетела. В самолетных УРВВ на это уходят секунды. Заглушки естественно снимают на земле при подвеске ракеты на самолет :)
Да, у ТРД есть еще один недостаток - при их работе возникают сильные вибрации конструкции ракеты - из-за того, что топливо все время выгорает, и камера сгорания постоянно и неравномерно меняет форму и размер.
У ЖРД вибрации намного меньше и намного проще обуздываются.
3. Гибридные не применяются в современных ракетах. По крайней мере массово - точно. Так как преимуществ по эффективности не имеют, а недостатки обоих предыдущих типов накладываются друг на друга.
Пример гибридного топлива для ракетного двигателя лично я знаю только один - парафин (топливо) плюс азотная кислота (окислитель). Но я не ракетчик и не двигателист - может еще есть какие комбинации.
Да, по актуальной сейчас экологичности:
1. На первом месте по загрязнению окружающей среды идут ТРД, рядом с ними гибридные. И те и другие в качестве топлив применяют сложные соединения, которые при сгорании дают тоже сложные соединения, практически всегда токсичные для всего живого. К тому же в ТРД степень сгорания топлива как правило ниже, чем у ЖРД - соответственно больше несгоревших частиц выбрасывается в атмосферу. Из РКН - это, например, твердотопливные ускорители "Шаттла".
2. Дальше ЖРД на гидразине и его производных. Тоже сложносоединенные вещества. И тоже невысокая полнота сгорания (хотя и выше чем у твердых топлив). Из РКН, это "Протон", "Циклон", "Сатана", "Рокот". Все двигатели современных космических аппаратов работают на гидразине.
3. Потом ЖРД на керосине. "Восток", "Союз", "Зенит", "Великий поход" (да, тот самый, китайский)
4. Затем ЖРД на спирте. Знаменитая Фау-2 именно на спирте летала.
5. И самыми экологически чистыми считаются водородные ЖРД - так как в атмосферу выбрасывают воду в парообразном состоянии. Примеры - "Энергия", двигатели "Шаттла".
Спасибо. А что у них со стоимостью производства/заправки/хранения?
ЗЫ Насколько я помню, гибридный движок использует SpaceShipOne
Ну, на деле перепады влажности и тряска никак не сказываются на высокой надёжности РДТТ (твердотопливных реактивных двигателей). Более высокой надёжности, чем у большинства ЖРД схожего назначения.
Преимуществом РДТТ для ракет-носителей является очень большая тяга, пусть непродолжительно. При умеренной стоимости и высокой надёжности. Именно поэтому большинство носителей в США и вообще ускорителей -- твердотопливные. Именно из-за надёжности их можно ставить много одновременно, многодвигательные ЖРД -- проблема. РДТТ позволяют оторвать "изделие" почти любой массы от земли. И на этом этапе, кстати, удельный импульс и загрязнение озонового слоя -- маловажные соображения.
Обычно сами РДТТ довольно (избыточно) прочны за счёт толстого монолита заряда. ЖРД выполняются предельно облегчёнными по прочности, баки особенно.
Недостаток РДТТ -- сложность его переснаряжения зарядом. В США переснаряжение выполняют. Для системы Space Shuttle, а значит и будущей Ares, это рутина. Переснаряжали Trident, Minutemen, MX и некоторые тактические ракеты. Хотя это дороже, разумеется, но оправдано даже довольно недорогим корпусом РДТТ.
Изготовление заряда -- обычно литьё под давлением -- задача технологически очень сложная. В ней множество тонкостей. Они-то и не позволяют СССР и России догнать США в РДТТ. Расчёт многослойного заряда со сложной поверхностью горения тоже вовсе не прост.
---------
Преимущества гибридов довольно понятны -- простота регулирования в сравнении с РДТТ. Заглушить РДТТ невозможно. (Хотя можно делать многорежимные РДТТ.)
Для Space Ship с небольшим запасом окислителя, простейшей системой его подачи и отсечки это перевешивает недостатки. ЖРД был бы много сложнее и менее надёжен, что при требованиях к нему, обернётся лишней ценой и массой. А простота состава топливного заряда позволила использовать дешёвое кустарное оборудование для его литья (под контролем доступных профессионалов, разумеется).
--------------
Таким образом, для ракет-носителей теперь считается наилучшим сочетание РДТТ в первой ступени и криогенных ЖРД в последующих.
Много - это два? Что-то не припомню, чтобы было больше.Цитата:
Сообщение от Дм. Журко
Интересно, а так ли они прочны, когда этот здоровый баллон нагревают и распирают немаленьким давлением. Видимо достаточно прочны. Также видимо материалы корпуса не вполне дёшевы и перезаряжать должно быть выгодно.Цитата:
Сообщение от Дм. Журко
А зачем их регулировать или глушить?Цитата:
Преимущества гибридов довольно понятны -- простота регулирования в сравнении с РДТТ. Заглушить РДТТ невозможно. (Хотя можно делать многорежимные РДТТ.)
"Много" это значит "когда сразу и не сочтёшь". Подкреплю вашу память -- вот на чём американцы марсоходы запускали:Цитата:
Сообщение от Ntone
http://upload.wikimedia.org/wikipedi...arison_400.jpg
Достаточно прочны. Перезаряжать выгодно, раз перезаряжают.Цитата:
Интересно, а так ли они прочны, когда этот здоровый баллон нагревают и распирают немаленьким давлением. Видимо достаточно прочны. Также видимо материалы корпуса не вполне дёшевы и перезаряжать должно быть выгодно.
Надо.Цитата:
А зачем их регулировать или глушить?
---------- Добавлено в 01:50 ---------- Предыдущее сообщение было написано в 01:43 ----------
Кстати, иногда всё-таки делают РДТТ с многократным, но счётным, запуском.