A többlépcsős rakéta alapelve
Kezdőlap | Rólunk | visszacsatolás
A többlépcsős rakéták elképzelését először az amerikai mérnök Robert Goddard 1914-ben javasolta, és a találmányhoz csatolt szabadalmat kaptak. 1929-ben K.E. Tsiolkovsky új könyvet tett közzé a "Space rakéta-vonatok" cím alatt. Ez a kifejezés K. Tsiolkovsky összetett rakétáknak, vagy inkább rakéták összességének nevezett, és a földre indult, majd a levegőben és végül a világűrben. A vonatot, amely például öt rakétából áll, először az első - a fej-rakéta; a tüzelőanyag felhasználásakor elenged, és a talajba kerül. Ugyanígy kezdődik a második, majd a harmadik, a negyedik, és végül az ötödik, amelynek sebessége akkoriban elég nagy ahhoz, hogy repüljen a bolygóközi térbe. A fej rakétával való munka sorrendjét a rakéták anyagainak kényszerítése arra kényszeríti, hogy ne a tömörítést, hanem a nyújtást megkönnyítsék, ami megkönnyíti az építkezést. Tsiolkovsky szerint az egyes rakéták hossza 30 méter. Átmérő - 3 méter. A fúvókákból származó gázok közvetetten a rakéták tengelyére szakadnak ki, hogy ne nyomást gyakoroljanak a következő rakétákra. A felszállás hossza a földön több száz kilométer.
Annak ellenére, hogy a technikai részleteket a rakéta ment nagyrészt más utat (speciális rakéták, például, nem „menekülni” a földön, és vegye le függőlegesen, és a sorrend a működési lépéseket modern rakéták - fordított, az illető által említett Tsiolkovky ), a többlépcsős rakéta ötlete ma is releváns.
1935-ben Tsiolkovszkij írta a "A rakéta maximális sebessége" című munkát, amelyben azt állította, hogy a technológia szintjén az első kozmikus sebesség (a Földön) csak egy többlépcsős rakéta segítségével érhető el. Ez a nyilatkozat érvényessége ma megmarad: az űrjármûvek minden modern szállítója többlépcsõs.
A többlépcsős rakéta alapelve
A rakéta nagyon "drága" jármű. Az űrtartalmú hordozó rakéták "közlekednek", főként a hajtómüvek működéséhez szükséges üzemanyaggal és saját tervezésükkel, amely föleg üzemanyagtartályokból és meghajtórendszerböl áll. A rakodó rakéta tömegének csak kis része (1,5-2,0%) részesedik a rakományszámlákból.
A rakéták elrendezésének változatai. Balról jobbra:
1. egylépcsős rakéta;
2. egy kétlépcsős rakéta keresztirányú elválasztással;
3. kétlépcsős rakéta hosszanti elválasztással.
4. Külső tüzelőanyag-tartállyal ellátott rakéta, melyet az üzemanyag kimerítése után választ el.
Szerkezetileg a többlépcsős rakétákat a szakaszok keresztirányú vagy hosszanti szétválasztásával végzik.
Keresztirányú elválasztás esetén a szakaszok egymás fölé kerülnek egymás után, egymás után egymás után működnek, beleértve az előző szakasz szétválasztását is. Az ilyen rendszer lehetővé teszi a rendszerek létrehozását elvben számos lépéssel. A hátrány az, hogy a későbbi szakaszok erőforrásai nem használhatók az előző munkában, mivel ez passzív terhelés.
A hosszirányú elkülönítést az első szakasz állhat több rakétát azonos (a gyakorlatban, a 2 legfeljebb 8) egyszerre működik együtt, és köré a ház a második szakasz szimmetrikus, a kapott tolóerők az első stádiumú hajtómű be van irányítva egy második tengely mentén a szimmetria. Ez a rendszer lehetővé teszi, hogy a második szakasz motorja egyidejűleg működjön együtt az első motorjaival, ezáltal növelve a teljes tolóerőt, ami különösen szükséges az első szakasz üzemeltetése során, amikor a rakéta tömege maximális. De egy rakétát a szakaszok hosszanti szétválasztásával csak kétlépcsős lehet. [1]
Van egy kombinált elválasztási séma - hosszanti-keresztirányú. Lehetővé teszi mindkét séma előnyeinek kombinálását, amelyekben az első lépcső a második hosszirányban van felosztva, és az összes következő szakasz szétválasztása keresztirányban történik. Az ilyen megközelítés példája az orosz horgászszövetség.
Az űrsikló elrendezése.
Az első szakasz oldalsó szilárd tüzelőanyag-gyorsítók.
A második szakasz a külsően elválasztott tüzelőanyag-tartállyal rendelkező pályát jelenti. Kezdetben mindkét szakasz motorjai elindulnak.
A kétlépcsős rakéta egyedülálló sémája, a hosszirányú elválasztással az űrsikló űrhajó,
az első szakaszban, amelynek két oldalsó gyorsítók szilárd tüzelőanyag, és a második szakaszban a tüzelőanyag tartályaiban lévő a szonda (ténylegesen újrafelhasználható űrhajók), és a legtöbb esetben - a mentesítési egy külső üzemanyagtartály. Első meghajtás Orbiter üzemanyagot fogyaszt egy külső tartályból, és amikor elfogyott, a külső tartály törlődik, és a motor továbbra is dolgozik a tartalmazott üzemanyag tartályai a szonda. Ez a rendszer lehetővé teszi a keringtető pályahajtás maximális használatát, amely a hajó pályájának teljes hosszában működik.
A keresztirányú elválasztási szakasz köti össze egymással speciális szakaszok - adapterek - alátámasztó szerkezetek, hengeres, vagy kúpos alakú (attól függően, hogy az arány lépéseket átmérők), amelyek mindegyike ellen kell állnia a teljes tömegének minden további szakaszában, szorozva a maximális érték a torlódások által tapasztalt a rakéta minden szűrő szelvények , amelyen ez az adapter része a rakétanak.
A második szakasz testére történő hosszanti szétválasztással létrejönnek az első és a hátsó sávok, amelyekhez az első szakasz blokkjai csatlakoztatva vannak.
Az összetett rakéta részeit összekötő elemek, amelyek az egész test merevségét jelzik, és amikor a lépéseket elosztják, szinte azonnal fel kell engedniük a felső lépcsőt. Általában a lépések összekapcsolását pyrobolts segítségével végzik el. A Pyrobolt egy rögzítőcsavar, amelynek a rúdja a fej közelében egy üregből áll, amelyet robbanóanyaggal töltenek fel elektromos detonátorral. Ha a villamos detonátorra áramimpulzust alkalmaznak, akkor robbanás következik be, ami elpusztítja a csavart rúdot, ami miatt a fejét levágják. A robbanóanyag mennyiségét a piroboltban gondosan mérik, egyrészt a fej leválasztásának biztosítására, másrészt nem károsítják a rakétát. Ha a fázisokat az elkülönített részeket összekötő pirobolok villamos detonátoraiba osztjuk, egyidejűleg áramimpulzust alkalmazunk, és a kapcsolatot felengedjük.
Ezután a lépéseket egymástól biztonságos távolságra kell választani. (Indítása felső szakaszában motor közel az alsó okozhat kiégés az üzemanyag tartály és robbanás a tüzelőanyag-maradványok, amelyek károsítják a felső szakaszban, vagy destabilizálhatja a repülést.) Az elválasztási lépésben a légkörben aerodinamikai erőt szembejövő légáram lehet használni a termesztés, és az elválasztás a Egyes kis szilárd propellens rakétamotorokat néha az ürességhez használnak.
A folyékony rakéta Ugyanezeket motorok, és abban „csapadék” üzemanyag tartályok felső szakasz: ha kikapcsolja a motort alacsonyabb fokozatú rakéta legyek a tehetetlenség, szabadesésben, a folyékony tüzelőanyagok a tartályokban van függesztve, ami azt eredményezheti, hogy összeomlik a motor indításakor. A segédmotorok enyhe gyorsulást jeleznek a színpadon, amellyel az üzemanyag "letelepszik" a tartály fenekén.
A fenti ábrán képet Saturn 5 rakéta test a harmadik lépésben (a bal szélső a keretben képviseli részben) látható fekete test az egyik kisegítő szilárd tüzelőanyag motorok hígítási 3. és 2. szakaszban.
A lépések számának növekedése csak egy bizonyos határértékig pozitív hatást fejt ki. Minél több lépcső - annál nagyobb az adapterek teljes tömege, csakúgy, mint a repülés egyetlen részében működő motorok, és egy bizonyos időpontban a fokozatok számának további növekedése kontraproduktív lesz. A modern rakéta-gyakorlatban több mint négy szakasz, általában nem történik meg.
Háromfokozatú hordozórakéta hosszanti-keresztirányú szétválasztással Soyuz-2.
A lépések számának kiválasztásakor a megbízhatósági kérdések is fontosak. Pyro-csavarok és segéd rakéta-hajtóanyag - egyszeres hatású elemek, amelyeket a rakéta elindítása előtt nem lehet ellenőrizni. Eközben csak egy pirocsavar meghibásodása vezethet a rakéta repülésének vészhelyzeti befejezéséhez. Az egyszer használatos elemek számának növelése, amelyek nem tartoznak a működés ellenőrzéséhez, csökkenti a rakéta egészének megbízhatóságát. Ez arra is kényszeríti a tervezőket, hogy tartózkodjanak túl sok lépéstől.