Principiul rachetei cu mai multe etape

Ideea utilizării rachetelor cu mai multe etape a fost propusă inițial de către inginerul american Robert Goddard în 1914 și sa obținut un brevet pentru invenție. În 1929, K.E. Tsiolkovsky a publicat noua sa carte sub titlul "Trenurile spatiale rachete". Acest termen, K. Tsiolkovsky, a numit rachete compuse, sau mai degrabă un ansamblu de rachete, făcând o alergare pe teren, apoi în aer și, în final, în spațiul cosmic. Trenul, compus, de exemplu, din 5 rachete, este condus mai întâi de primul - racheta capului; cu privire la utilizarea combustibilului său, se decuplează și este descărcat la sol. Mai mult, în același fel, a doua, apoi a treia, a patra și, în final, a cincea, viteza căreia va fi suficient de mare pentru a zbura în spațiul interplanetar va începe să funcționeze. Secvența de lucru cu racheta de cap este cauzată de dorința de a forța materialele rachetelor să lucreze nu pe compresiune, ci pe întindere, ceea ce va facilita construcția. Potrivit lui Tsiolkovski, lungimea fiecărei rachete este de 30 de metri. Diametre - 3 metri. Gazele de la duze izbesc indirect în axa rachetelor, pentru a nu presa rachetele următoare. Lungimea decolării la sol este de câteva sute de kilometri.

În ciuda faptului că detaliile tehnice ale rachetei a mers cale în mare măsură diferite (rachete avansate, de exemplu, nu „fugi“ de pe teren și să decoleze pe verticală, precum și ordinea etapelor de operare ale rachetelor moderne - invers, în raport cu cea menționată de Tsiolkovky ), ideea unei rachete cu mai multe etape este încă relevantă astăzi.

În 1935 Tsiolkovsky a scris o lucrare, „cea mai mare viteză a rachetei“, în care a susținut că nivelul de tehnologie de timp pentru a ajunge la prima viteza cosmică (în lume) este posibilă numai cu ajutorul unei rachete în mai multe etape. Această afirmație își păstrează validitatea astăzi: toți transportatorii moderni ai vehiculelor spațiale sunt în mai multe etape.

Principiul rachetei cu mai multe etape

Racheta este un vehicul foarte scump. Transportarea rachetelor de tip "rachete spațiale" înseamnă, în principal, combustibilul necesar pentru funcționarea motoarelor și designul propriu, constând în principal din containere de combustibil și din sistemul de propulsie. Partea din sarcina utilă reprezintă doar o mică parte (1,5-2,0%) din masa de lansare a rachetei.

Variante ale structurii rachetelor. De la stânga la dreapta:
1. rachete cu o singură treaptă;
2. o rachetă cu două trepte, cu o separare transversală;
3. rachete cu două etape, cu separare longitudinală.
4. O rachetă cu rezervoare de combustibil externe, separate după epuizarea combustibilului din ele.

Structurally, rachetele cu mai multe etape sunt realizate cu o separare transversală sau longitudinală a etapelor.
În cazul unei separări transversale, etapele sunt plasate una deasupra celeilalte și funcționează succesiv una după alta, inclusiv numai după separarea etapei anterioare. O astfel de schemă face posibilă crearea, în principiu, a sistemelor cu orice număr de pași. Dezavantajul este că resursele etapelor ulterioare nu pot fi folosite în activitatea precedentă, fiind o sarcină pasivă pentru aceasta.

Separarea longitudinală a primei etape consta din mai multe rachete de aceeași (în practică, de la 2 până la 8), care lucrează simultan și aranjate în jurul carcasei de-a doua etapă este simetrică, forțele de tracțiune rezultante la primul motor etapă este direcționat de-a lungul unei a doua axe de simetrie. Acest sistem permite motorului să funcționeze a doua etapă simultan cu primul motor, crescând astfel, proiectul global, mai ales necesar în timpul primei etape, atunci când greutatea maximă de rachete. Dar o rachetă cu o separare longitudinală a etapelor nu poate fi decât în ​​două etape. [1]
Există, de asemenea, o schemă de separare combinată - longitudinală-transversală. Aceasta permite combinarea avantajelor ambelor scheme, în care prima etapă este divizată cu a doua longitudinală, iar separarea tuturor etapelor ulterioare apare transversal. Un exemplu al unei astfel de abordări îl reprezintă Uniunea transportatorilor ruși.

Structura naveta spațială.
Prima etapă este acceleratoarele laterale de combustibil solid.
A doua etapă este o orbită cu rezervor de combustibil separat din exterior. La început, motoarele ambelor trepte sunt pornite.

O schemă unică a unei rachete în două etape, cu o separare longitudinală, este naveta spațială Space Shuttle,

prima etapă din care este format din doua acceleratoare laterale combustibil solid, iar în a doua etapă a combustibilului conținut în rezervoarele de orbitatorului (nave spațiale efectiv reutilizabile), iar cea mai mare parte - în evacuarea unui rezervor extern de combustibil. Primul Orbiter de propulsie consumă combustibil dintr-un rezervor extern, iar atunci când este epuizat, rezervorul exterior este resetată, iar motorul continuă să lucreze la carburantul conținut în rezervoarele Orbiter. Acest sistem vă permite să profitați la maximum de sistemul de propulsie Orbiter care ruleaza de-a lungul ieșirea navei pe orbită.

In etapa de separare transversală sunt interconectate prin secțiuni speciale - adaptori - structurile de susținere ale formă cilindrică sau conică (în funcție de raportul pași diametre), fiecare dintre acestea trebuie să reziste la greutatea totală a tuturor etapelor ulterioare, înmulțit cu valoarea maximă a congestiei experimentată de rachete pe toate secțiunile de filtrare în care adaptorul este parte a rachetei.
Cu separarea longitudinală pe corpul celei de-a doua trepte, se creează benzi de putere (față și spate), la care sunt atașate blocurile primei trepte.
Elementele care conectează părțile rachetei compozite, o informează despre rigiditatea întregului corp și, atunci când împărțesc pașii, ar trebui să elibereze aproape imediat stadiul superior. De obicei, legătura de pași se efectuează cu ajutorul piroliților. Pyrobolt este un bolț de fixare, în care, în apropierea capului, este creată o cavitate, umplută cu un explozibil cu un detonator electric. Când un impuls de curent este aplicat detonatorului electric, are loc o explozie, care distruge tija bolțului, ca urmare a căreia capul său este rupt. Cantitatea de explozivi din pirobolt este măsurată cu atenție pentru a asigura detașarea capului și, pe de altă parte, pentru a nu deteriora racheta. Când etapele sunt împărțite în detonatoare electrice ale tuturor piroliților care leagă părțile separate, este aplicat simultan un impuls de curent și conexiunea este eliberată.
Apoi treptele trebuie să fie separate la o distanță sigură una de cealaltă. (Pornirea motorului pe treapta superioară în apropierea inferior poate provoca arderea rezervorul de combustibil și de explozie a reziduurilor de combustibil care vor deteriora etapa superioară sau destabiliza zborul.) În etapele de separare din forța aerodinamică atmosfera fluxului de aer din sens opus pot fi folosite pentru cultivarea lor și separarea în goliciune folosit uneori auxiliar mică rachetă cu combustibil solid.
In rachete lichid Aceste aceleași motoare sunt folosite și pentru a „precipita“ combustibil în rezervoarele etapă superioară: când oprirea motorului inferior muștele etapă rachete de inerție, în cădere liberă, cu combustibilii lichizi în rezervoare este suspendat, ceea ce poate avea ca rezultat să cedezi la pornirea motorului. Motoarele auxiliare au raportat etapă de accelerare ușoară, sub acțiunea care combustibilul „soluționează“ în partea de jos a rezervoarelor.
Figura de mai sus imagine Saturn corpul 5 racheta a treia etapă (cel mai din stânga în cadru este reprezentat parțial) corpului negru vizibil al unuia dintre 3 motoare cu combustibil solid diluare auxiliare și etapele 2a.

Creșterea numărului de pași oferă un efect pozitiv numai până la o anumită limită. Cele mai multe etape - cu cât este mai mare masa totală a adaptoarelor, precum și a motoarelor care operează numai într-o singură parte a zborului și, la un moment dat, creșterea ulterioară a numărului de etape devine contraproductivă. În practica modernă de rachete, mai mult de patru etape, de regulă, nu se fac.

Rachetă purtătoare cu trei etape, cu separare transversală longitudinală Soyuz-2.

Atunci când alegeți numărul de pași, problemele de fiabilitate sunt, de asemenea, importante. Șuruburi cu piroliză și rachetă auxiliară - elemente cu acțiune unică, care nu pot fi verificate înainte de lansarea rachetei. Între timp, eșecul unei singure pirolițe poate duce la finalizarea de urgență a zborului rachetei. O creștere a numărului de articole de unică folosință care nu fac obiectul verificării funcționării reduce fiabilitatea întregii rachete ca întreg. Acest lucru îi obligă, de asemenea, pe designeri să se abțină de la prea mulți pași.

Articole similare

• Principiul de funcționare

• Compoziția țigărilor electronice, principiul acțiunii, efectul asupra sănătății

• Principiul de funcționare a întrerupătoarelor prin vid, argumente pro și contra, alegere

Trimiteți-le prietenilor: