Hoe een Solid Rockell werkt

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

Solide drijfgas raketten werden uitgevonden voor vloeibare raketten. 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 wijdverbreid gebruikt, inclusief de Space Shuttle dual booster-motoren en de Delta-serie booster-stages.

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 het optimaliseren van korrel-stuwkracht relaties omdat sommige raketten een kunnen vereisen in eerste instantie een hoge stuwkrachtcomponent voor het opstijgen, terwijl een lagere stuwkracht volstaat voor de regressieve stuwkracht na de lancering voorwaarden. 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.

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.

• 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 raketten met vaste stuwstof. Sommige van deze raketten zijn kleine raketten zoals Honest John en Nike Hercules; anderen zijn grote ballistische raketten zoals Polaris, Sergeant en Vanguard. Vloeibare drijfgassen kunnen betere prestaties bieden, maar de moeilijkheden bij het opslaan en hanteren van drijfgassen in vloeistoffen nabij het absolute nulpunt (0 graden Kelvin) heeft het gebruik ervan beperkt om niet te kunnen voldoen aan de strenge eisen die het leger aan zijn vuurkracht stelt.

Vloeibare raketten 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 vloeibare raket 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.

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, a er zou een zwakke en onstabiele stuwkracht optreden, dus ofwel een gastoevoer onder druk ofwel 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 van gas 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.

Helaas maakt het laatste punt raketten met vloeibare stuwstof ingewikkeld en complex. Een echte moderne bipropellant-motor heeft duizenden leidingverbindingen met verschillende koel-, brandstof- of smeervloeistoffen. Ook bestaan ​​de verschillende subonderdelen zoals de turbopomp of regelaar uit afzonderlijke vertigo van buizen, draden, regelkleppen, temperatuurmeters en steunpoten. Gezien de vele onderdelen is de kans groot dat een integrale functie uitvalt.

Zoals eerder opgemerkt, is vloeibare zuurstof het meest gebruikte oxidatiemiddel, maar het heeft ook zijn nadelen. Om de vloeibare toestand van dit element te bereiken, moet een temperatuur van -183 graden Celsius zijn verkregen - omstandigheden waaronder zuurstof gemakkelijk verdampt, waarbij juist een grote hoeveelheid oxidatiemiddel verloren gaat tijdens het laden. Salpeterzuur, een andere krachtige oxidator, bevat 76% zuurstof, bevindt zich in vloeibare toestand bij STP en heeft een high soortelijk gewichtAlle grote voordelen. Het laatste punt is een meting vergelijkbaar met de dichtheid en aangezien deze hoger stijgt, neemt ook de prestatie van de stuwstof toe. Maar salpeterzuur is gevaarlijk in de omgang (mengsel met water produceert een sterk zuur) en produceert schadelijke bijproducten bij verbranding met brandstof, dus het gebruik ervan is beperkt.

Vuurwerk is ontwikkeld in de tweede eeuw voor Christus door de oude Chinezen en is de oudste vorm van raketten en het meest simplistisch. Oorspronkelijk had vuurwerk religieuze doeleinden, maar werd het later aangepast voor militair gebruik tijdens de middeleeuwen in de vorm van 'vlammende pijlen'.

In de tiende en dertiende eeuw brachten de Mongolen en de Arabieren het grootste deel van deze vroege raketten naar het Westen: buskruit. Hoewel het kanon en het pistool de belangrijkste ontwikkelingen werden vanaf de oostelijke introductie van buskruit, resulteerden ook raketten. Deze raketten waren in wezen vergroot vuurwerk dat, verder dan de handboog of het kanon, pakketten explosief buskruit voortstuwde.

Tijdens de imperialistische oorlogen aan het einde van de achttiende eeuw ontwikkelde kolonel Congreve zijn beroemde raketten, die afstanden van vier mijl afleggen. De "rockets 'red glare" (Amerikaans volkslied) registreert het gebruik van raketoorlogvoering, in zijn vroege vorm van militaire strategie, tijdens de inspirerende strijd van Fort McHenry.

Een lont (katoenen touw bedekt met buskruit) wordt aangestoken door een lucifer of door een "punk" (een houten stok met een kolenachtige roodgloeiende punt). Deze lont brandt snel in de kern van de raket waar het de kruitmuren van de binnenste kern ontsteekt. Zoals eerder vermeld, is een van de chemicaliën in buskruit kaliumnitraat, het belangrijkste ingrediënt. De moleculaire structuur van deze chemische stof, KNO3, bevat drie zuurstofatomen (O3), een stikstofatoom (N) en een kaliumatoom (K). De drie zuurstofatomen die in dit molecuul zijn opgesloten, leveren de "lucht" die de lont en de raket gebruikten om de andere twee ingrediënten te verbranden, koolstof en zwavel. Zo oxideert kaliumnitraat de chemische reactie door gemakkelijk de zuurstof af te geven. Deze reactie is echter niet spontaan en moet worden geïnitieerd door hitte zoals de match of "punk".