Особенности и области применения ракетных двигателей

Введение

Космонавтика как наука об освоении космического пространства сформировалась в середине 20 века.

В начале 20 века появились первые теоретические работы пионеров ракетной техники и космонавтики К. Э. Циолковского, Р. Годарда (США) и Г. Оберта (Германия). Космические полеты стали явью значительно раньше, чем предсказывали фантасты.

Годы исследования космоса были периодом, в течение которого наука и техника развивались с небывалой быстротой. История не знала раннее таких примеров, чтобы для достижения научной цели были привлечены столь огромные коллективы людей, столь большие финансовые средства. Это наступление на космос, в основном, со стороны СССР и США, завершилось серией поразительных достижений:

- первым запуском ИСЗ и полетом человека в космос (Ю. А. Гагарин);

- посадкой автоматических станций на Луне, Венере, Марсе (Луноход и др.);

- высадкой экспедиции с людьми на Луну (США);

- созданием длительных орбитальных станций на орбите Земли («Салют», «Мир», МКС);

- созданием систем космической связи и телевещания, систем обеспечения навигации и спасения, систем метеонаблюдения, разведки недр и др.

Следует отметить, что стремительное развитие ракетно-космической техники (РКТ) было вызвано в первую очередь гонкой вооружений за счет противостояния двух систем: капитализма и социализма.

В число космических держав вошли страны Европейского сообщества, Япония, Китай и Индия, которые уже опережают Россию по расходам в РКТ (Ю. Корея, Израэль, Бразилия и др.).

Если рассматривать создание РКТ, то ~ 60 % затрат приходится на экспериментальную отработку – испытания техники. Это связано с тем, что нельзя произвести вначале полный расчет и выполнить проект ракеты и двигателя, многие данные для их расчета и проектирования получают экспериментальным путем при испытаниях опытных образцов. Ракетно-космический комплекс (РКК) – это сложная техническая система, состоит из тысяч узлов и надежность такой системы также подтверждается испытаниями. Испытания ракетных двигателей и ракет являются дорогостоящими, опасными и связаны с применением сложной испытательной техники.

Экологическое воздействие РКТ и его элементов на окружающую среду и человека определяются:

- применяемыми компонентами ракетного топлива (КРТ), их токсичностью, агрессивностью, пожаро - и взрывоопасностью, проливами и выбросами остатков КРТ на испытательных комплексах (ИК) и при падениях отработанных ступеней ракет-носителей (РН) в зонах отчуждения стартового комплекса (СК);

- продуктами сгорания выхлопных газов в процессе испытания газогенераторов, камер сгорания, двигателей и двигательных установок (ДУ);

- шумом и вибрациями двигателя и выхлопных струй ДУ;

- совершенством технологических систем ИК и СК и технологии работ с токсичными и взрыво – и пожароопасными КРТ при подготовке и проведении испытаний;

- засорением космического пространства фрагментами РКТ.

1.1. Принципы устройства тепловых двигателей

Тепловые двигатели на химическом топливе отличаются большим многообразием в зависимости от области применения и особенностей эксплуатации. Однако всем им присущи процессы при высоких температурах, сопровождаемые физико-химическими превращениями с образованием продуктов сгорания, пространственными течениями рабочих тел. Фундамент теории тепловых двигателей образуют техническая и химическая термодинамика, химическая кинетика, газовая динамика и молекулярно-кинетическая теория газов и жидкости.

Несмотря на большое разнообразие тепловых двигателей можно выделить три типа: поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС), воздушно-реактивные (ВРД) и ракетные (РД) двигатели, приведенные на рис.1.1 и 1.2. В принципах их функционирования можно найти много общего, поскольку все они преобразуют энергию химических связей топлива в механическую или кинетическую форму энергии с помощью организации процессов горения и расширения.

Реактивный принцип действия - используется сила реакции газового потока.

R – сила тяги; W – скорость истечения газов из сопла камеры

Рис.1.1

Тепловые двигатели

Воздушно-реактивные двигатели (ВРД) используют для своей работы воздух окружающей среды, а ракетные двигатели не используют окружающую среду, т.е. являются независимыми.

Есть разновидности ракетных двигателей по виду используемой в них энергии:

Дата добавления: 2013-12-13