منهجية حساب rdt. أوسولكين. محركات الصواريخ الفضائية الصلبة

تُستخدم المحركات التي تعمل بالوقود الصلب (المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، والمحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب) على نطاق واسع في الملاحة الفضائية الحديثة، وهي تكمل بنجاح محركات الصواريخ السائلة (LPRE) التي تعمل بالوقود السائل. يتم تحديد مجالات التطبيق المحدد لهذين النوعين من المحركات من خلال التصميم المقارن والطاقة والتشغيل والمالية وغيرها من الخصائص. إن المحتوى الأكبر من الطاقة الكيميائية المحتملة المخزنة لكل وحدة كتلة من وقود الصواريخ السائل، وسهولة تنظيم وضع التشغيل (الدفع) وجدوى تشغيل وإيقاف محركات الدفع السائل بشكل متكرر أثناء الطيران، حددت مسبقًا الدور المهيمن لهذه المحركات في الملاحة الفضائية. تُستخدم المحركات الصاروخية السائلة على نطاق واسع كمحركات دفع، أي المحركات الرئيسية، حيث توفر تسريع مركبات الإطلاق (LVs) والمركبات الفضائية (SCs)، وكبح المركبات الفضائية ونقلها إلى مدارات أخرى، وما إلى ذلك. وتستخدم محركات الصواريخ السائلة كمحركات مساعدة على سبيل المثال. ، في جميع أنظمة التحكم في الطيران النفاثة للمركبات الفضائية تقريبًا.

أما بالنسبة للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، فيجب الإشارة أولاً إلى أنه نظرًا لسرعة وبساطة الجهاز (وبالتالي الموثوقية)، فإن هذا المحرك هو الوسيلة الأكثر ملاءمة أو حتى التي لا غنى عنها لتوليد الدفع أثناء مثل هذه العمليات "المساعدة". مثل الإنقاذ الطارئ لرواد الفضاء في المرحلة الأولية لإطلاق المركبة الفضائية في مدارات قريبة من الأرض، وفصل مراحل مركبة الإطلاق، وتدوير مراحل الصاروخ والمركبة الفضائية من أجل تثبيتها أثناء الطيران، وخلق حمولات زائدة أولية للإطلاق العادي للمركبة الفضائية. المحركات الصاروخية الرئيسية التي تعمل بالوقود السائل في حالة انعدام الجاذبية، وما إلى ذلك. وفي كثير من الحالات، يتبين أنه من المستحسن استخدام محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب. وبهذه الصفة، تُستخدم المحركات التي تعمل بالوقود الصلب على نطاق واسع في المراحل العليا لمركبات الإطلاق وفي ما يسمى بالمراحل العليا التي يتم تشغيلها في الفضاء. يتم تركيب محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب على مركبات الإطلاق، ويتم تشغيلها عند الإطلاق على نحو فعالزيادة قوة مركبة الإطلاق. تشتمل ترسانة رواد الفضاء أيضًا على مركبات إطلاق تعمل بالوقود الصلب بالكامل.

على الرغم من المكانة الكبيرة التي تحتلها محركات الوقود الصلب في الملاحة الفضائية الحديثة، إلا أن المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في الفضاء لم تنعكس بشكل كافٍ في الأدبيات. وهذا الكتيب يسد هذه الفجوة. إنه يحكي عن تصميم وميزات محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب وتاريخ إنشائها وتطبيقها. إلى جانب المستوى العام لتطوير محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، يتم النظر في تصميمات محددة للمحرك ومناقشة التوقعات مزيد من التطويرواستخدام المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في الملاحة الفضائية.

معلومات أساسية عن المحركات الصلبة الفضائية

تنتمي المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب إلى ما يسمى بمحركات الصواريخ الكيميائية أو الحرارية الكيميائية. وجميعها تعمل على مبدأ تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة للوقود إلى طاقة حركية للغازات المنبعثة من المحرك. يتكون محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب من غلاف وشحنة وقود وفوهة نفاثة ومشعل وعناصر أخرى (الشكل 1).

إن جسم المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب عبارة عن وعاء متين ذو شكل أسطواني أو كروي أو أي شكل آخر، مصنوع إما من المعدن (الفولاذ، وفي كثير من الأحيان سبائك التيتانيوم والألمنيوم) أو البلاستيك. هذا هو عنصر الطاقة الرئيسي للمحرك الذي يعمل بالوقود الصلب، بالإضافة إلى نظام الدفع بأكمله والصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب (مرحلة الصاروخ) ككل. يحتوي الغلاف على شحنة وقود صلب مرتبطة به بقوة: عادةً ما يكون خليطًا ميكانيكيًا من مؤكسد غير عضوي بلوري (على سبيل المثال، بيركلورات الأمونيوم) مع وقود معدني (الألومنيوم) ورابط وقود بوليمر (مطاط البولي بوتادين). عندما يتم تسخين هذا الوقود بواسطة جهاز إشعال (وهو في أبسط الحالات عبارة عن شحنة نارية باستخدام جهاز إشعال كهربائي)، تدخل المكونات الفردية للوقود في تفاعل أكسدة واختزال كيميائي مع بعضها البعض، وتحترق تدريجيًا. هذا ينتج الغاز مع ارتفاع الضغط ودرجة الحرارة.

أرز. 1. محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب في القسم:

1 - الشاعل. 2 - شحن الوقود. 3 - الجسم. 4 - فوهة

فوهة نفاثة (قد تكون هناك عدة فوهات تشكل كتلة فوهة)، يتم فيها تسريع الغاز المتكون من احتراق الوقود إلى سرعة تتجاوز سرعة الصوت، ويتم ربطها بجسم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، والذي، وفقًا لـ وظائفها التشغيلية، هي أيضًا غرفة الاحتراق لمحرك الصاروخ. نتيجة لذلك، تنشأ قوة الارتداد، الموجهة بشكل معاكس إلى تدفق طائرة الغاز وتسمى القوة التفاعلية، أو التوجه. اعتمادًا على الغرض المحدد، يمكن أن يكون لمحركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب قوة دفع تتراوح من أجزاء من مائة نيوتن إلى عدة ميجانيوتن، ويمكن أن تتراوح مدة التشغيل من أجزاء من الثانية إلى عدة دقائق. يجب حماية علب وفوهات المحركات طويلة الأمد من الاحتراق. ولهذا الغرض، تستخدم محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مواد عازلة للحرارة ومزيلة للحرارة.

على الرغم من بساطة المخطط الوظيفي للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، فإن الحساب الدقيق لخصائص أدائه يمثل مهمة معقدة. ويتم حلها باستخدام طرق المقذوفات الداخلية لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب؛ يشبه هذا التخصص العلمي مجال العلوم الذي يدرس العمليات الديناميكية للغاز في أنظمة براميل الأسلحة. في الحالة التي تكون فيها الظروف الفيزيائية في جميع نقاط سطح الاحتراق للشحنة واحدة ويكون الوقود متجانسا فإنه يحترق بالتساوي في طبقات متوازية أي أن جبهة الاحتراق تتحرك من الطبقات السطحية إلى عمق الشحنة عند نفس السرعة في جميع النقاط. الضغط في غرفة الاحتراق ( ري) ويتناسب دفع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب على مساحة ثابتة من المقطع العرضي الأدنى (العنق) للفوهة مع حجم سطح الاحتراق ومعدل حرق الوقود ( ش). يتم تحقيق ثبات الدفع أو تغييره الضروري بمرور الوقت باستخدام الوقود مع بسرعات مختلفةالاحتراق واختيار التكوين المناسب لشحن الوقود.

في أبسط الحالات، المعلمة شيعتمد فقط على رإلى وشحن درجة الحرارة. بالنسبة لمعظم أنواع الوقود المستخدمة، لوحظ قانون الطاقة الذي يعتمد على pk (الأس في حدود 0.2-0.9). في ر k = 4–7 ميجا باسكال وهي 2–6 مم/ث للوقود بطيء الاحتراق، و6-15 مم/ث للوقود بمعدل احتراق متوسط ​​(يستخدم في محركات الدفع الصلب الكبيرة)، و30-60 مم/ث للوقود سريع الاشتعال . عندما تزيد (تنخفض) درجة حرارة الشحن بمقدار 10 كلفن، يزيد معدل الاحتراق (ينخفض ​​على التوالي) بمعدل 2-5٪.

في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في الفضاء، يتم استخدام ما يسمى بشحنات احتراق القنوات على نطاق واسع، حيث يتم حرقها على طول الأسطح التي تتكون من قنوات محورية داخلية دائرية الشكل على شكل نجمة (الشكل 2) أو غيرها المقطع العرضي. لمنع الاحتراق على الأسطح النهائية (وكذلك على بعض الأسطح الداخلية)، يتم تطبيق ما يسمى بالطلاءات المدرعة - بناءً على نفس المواد المستخدمة للحماية الحرارية للجسم.

رسوم الاحتراق النهائية النقية (الشكل 2، أ) نادرًا ما تُستخدم في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في الفضاء. على الرغم من أنها تتميز بسطح احتراق ثابت مع مرور الوقت، وبالتالي يمكن تحقيق مستوى ثابت من الدفع بسهولة في هذه الحالة، فمن أجل الحصول على قوة دفع كبيرة سيكون من الضروري توفير قطر شحنة كبير جدًا. إن شحنات الوقود من النوع قيد النظر لها أيضًا عيب كبير وهو أنه طوال فترة احتراقها، يتعرض مبيت محرك الوقود الصلب للتأثير المباشر لمنتجات الاحتراق (مما يعني أن مشكلة الحماية الحرارية لجدران المبيت تصبح خاصة بَصِير). الشحنات ذات القنوات المحورية خالية من هذه العيوب (الشكل 2، ب، ج، د). بالإضافة إلى ذلك، من خلال تغيير الشكل الهندسي (أي الارتفاع والقطر وعدد الأشعة) لهذه الشحنات وتسليح أسطحها جزئيًا، من الممكن الحصول على طابع مختلف تمامًا للتغيير في دفع محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. غالبًا ما يتم استخدام الشحنات ذات التكوينات الأكثر تعقيدًا، والتي تتكون من مجموعة من الأشكال البسيطة المذكورة.

عادة ما يتم إنهاء قوة دفع محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب عندما يتم حرق الوقود بالكامل. من الممكن أيضًا توفير إمكانية إيقاف تشغيل محرك الوقود الصلب بناءً على أمر من نظام التحكم. الطريقة الأكثر إثباتًا لـ "قطع" الدفع هي الفتح الفوري (بمساعدة الأجهزة الحرارية) في مبيت محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب ، والذي تكون مساحته الإجمالية أكبر من مساحة عنق الفوهة. في هذه الحالة، سينخفض ​​الضغط في غرفة الاحتراق بشكل حاد ويتوقف احتراق الوقود. من خلال توجيه هذه الثقوب بشكل مناسب وتركيب فوهات خاصة "قابلة للعكس"، من الممكن إنشاء مكون دفع سلبي، مما يساهم في الإنهاء السريع لعمل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب.

أرز. 2. أنواع رسوم الوقود

يمكن تصميم محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مع الأخذ في الاعتبار التغيير الضروري في اتجاه ناقل الدفع للتحكم في طيران مركبة الإطلاق والمركبة الفضائية. يتم تحقيق هذا الهدف عن طريق تركيب دفة غاز (لا علاقة لها بتصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب) عند الخروج من الفوهة، وإدخال الغاز أو السائل المقابل بشكل غير متماثل في الفوهة (مما يؤدي إلى دوران التيار النفاث)، وانحراف (التأرجح) ) الفوهة في المستوى المحوري (باستخدام محركات الأقراص المناسبة) وبطرق أخرى.

الآن، بعد أن أصبحنا على دراية بتصميم وتشغيل محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب، يمكننا أن نتناول بمزيد من التفصيل العناصر الهيكلية الفردية لهذه المحركات. لكن أولاً، دعونا نلقي نظرة على تاريخ محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب. وهذا سيتيح لنا الفرصة لفهم ميزات محركات الدفع الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب بشكل أفضل والمشاكل التي تنشأ أثناء إنشائها، والمزايا والعيوب النسبية لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب (في المقام الأول بالمقارنة مع محركات الدفع السائل)، بالإضافة إلى تقييم محدد مجالات التطبيق وآفاق تطوير محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب.

تاريخ إنشاء محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب.يعود تاريخ هذه المحركات إلى صواريخ البارود في العصور القديمة، حيث تم تطبيق مبدأ الدفع النفاث لأول مرة. قبل البدء في استخدام محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب في الملاحة الفضائية، مر بمسار تطوير طويل. دعونا نفكر في المراحل الرئيسية لهذا المسار.

إن تاريخ إنشاء وتطوير محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب هو في المقام الأول تاريخ اختراع البارود. كان مصدر الطاقة لمحركات الصواريخ الأولى، التي استخدمت في الصين والهند في بداية الألفية لدينا، عبارة عن مسحوق أسود أو دخاني، مشابه للمحرك الحديث. يحتوي هذا الوقود الصلب على التركيبة النموذجية التالية: 75% نترات البوتاسيوم. (كنو 3)، 15% فحمو10% كبريت

لعدة قرون، لم تخضع محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بشكل أساسي لتغييرات أساسية، وكان تطوير الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، حيث تتناوب فترات الارتفاع مع أوقات الانخفاض، بوتيرة بطيئة للغاية. كان السبب الرئيسي لذلك هو الخصائص الفيزيائية غير المواتية للمسحوق الأسود، وفي المقام الأول كمية صغيرة من الطاقة الكيميائية وكمية صغيرة (من حيث الحجم) من الغازات المتكونة أثناء الاحتراق. باستخدام المصطلحات الحديثة، يمكننا القول أنه في هذه الحالة كان من المستحيل الحصول على دفعة محددة عالية للمحرك، أي نسبة الدفع إلى كتلة سائل العمل المستهلك لكل وحدة زمنية. هذه هي المعلمة الأكثر أهمية لمحرك الصاروخ، لأنها تميز كفاءته. الدافع المحدد له بُعد السرعة وفي كثير من الحالات يتطابق عمليًا من حيث القيمة مع سرعة التيار النفاث.

بالإضافة إلى ذلك، بدا أن تكوين شحنات من المسحوق الأسود التي يمكن أن تحترق لأكثر من 1-3 ثواني يمثل مشكلة غير قابلة للحل: بعد هذا الوقت القصير، زاد الضغط في غرفة الاحتراق بشكل حاد، وحدث انفجار. الحقيقة هي أن شحنات الوقود المضغوطة في أغلفة أسطوانية وحرقها من النهاية يمكن أن تتشقق تحت تأثير ضغط التشغيل (أو حتى قبل ذلك - أثناء التخزين). علاوة على ذلك، يمكن أن تخترق الغازات الساخنة بين جدار المبيت والشحنة، مما يؤدي إلى إشعال الأسطح الجانبية للشحنة؛ يمكن أن تشتعل هذه الأسطح أيضًا بسبب الحرارة عبر الغلاف المعدني.

في نهاية القرن التاسع عشر، في فرنسا (P. Viel، 1884)، ثم في السويد (أ. نوبل)، روسيا (D. I. Mendeleev) ودول أخرى، تم تطوير تركيبات مختلفة من البارود الذي لا يدخن، والتي كانت أكثر فعالية بكثير من الدخان السابق. البارود الجديد، والذي يسمى أيضًا الغروية، هو في الغالب محلول صلب من المواد العضوية، وهي استرات حمض النيتريك (على سبيل المثال، محلول النيتروسليلوز في النتروجليسرين). يحتوي كلا هذين المكونين على نفس العناصر الكيميائية (C، H، O، N)، ولكن بنسب مختلفة، وبالتالي، في تكوين البارود، يعمل النيتروسليلوز كعامل مؤكسد، ويعمل النتروجليسرين كوقود.

عندما يتم خلط المكونات، يذوب النتروجليسرين السائل النيتروسليلوز الصلب، ويتم الحصول على منتج يمكن تشكيله تحت الضغط، مما يجعل من الممكن إنتاج شحنات المسحوق (لعبة الداما) عن طريق الضغط. يتم أيضًا إدخال مواد ملدنة إضافية ومواد مضافة أخرى في هذا الوقود ثنائي المكونات أو الوقود ثنائي القاعدة.

أصبح البارود الذي لا يدخن يستخدم على نطاق واسع في المدفعية على الفور، لأنه زاد بشكل كبير من قوة النار ولم يكشف عن مواقع قتالية عند إطلاق النار. بحلول هذا الوقت، تم استخدام الأسلحة البرميلية بالفعل، وفقدت صواريخ البارود دورها إلى حد كبير (لأنها كانت أدنى من الأسلحة المحددة من حيث المدى والدقة).

مع إنشاء البارود الذي لا يدخن، تم إحياء الاهتمام بمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مرة أخرى، وفي نهاية القرن التاسع عشر - بداية القرن العشرين. في عدد من البلدان، لم يتم التعبير عن الأفكار حول إنشاء صواريخ باستخدام مسحوق عديم الدخان فحسب، بل تم إجراء التجارب المقابلة أيضًا. في عام 1895، قام T. Unge (السويد) باختبار صواريخ مماثلة أثناء الطيران (وبعد ذلك تخلى عن استخدام البارود الجديد)، وفي 1915-1916. أجرى ر. جودارد (الولايات المتحدة الأمريكية) تجارب على محركات صاروخية صغيرة تعمل بالوقود الصلب وحصل على البيانات التجريبية التي يحتاجها لإثبات فكرة إنشاء صاروخ باستخدام مسحوق عديم الدخان للطيران إلى القمر. في روسيا، في عام 1881، اقترح N. I. Kibalchich مشروعا الطائراتعلى البارود الذي لا يدخن للطيران الجوي، وفي عام 1916 قدم P.I Grave طلبًا وفي عام 1924 حصل على براءة اختراع محلية لصواريخ القتال والإضاءة بالبارود الذي لا يدخن.

لكن تبين أن بارود المدفعية لم يكن مناسباً للاستخدام في الصواريخ. والحقيقة هي أن هذه البارود كانت مصنوعة على شكل حبيبات وأشرطة وأنابيب رفيعة من أجل الحصول على سطح احتراق أكبر. عند إطلاق النار، تحولت شحنة المسحوق بأكملها على الفور إلى غاز بضغط مئات الميجاباسكال وقذيفة السرعه العاليهألقيت من البندقية. بالنسبة للصواريخ، كانت هناك حاجة إلى قنابل بارود ذات أحجام كبيرة بما فيه الكفاية (أي ذات قوس سميك) بحيث يمكن قياس مدة الاحتراق بالثواني على الأقل. بالإضافة إلى ذلك، كان من الضروري التأكد من أن الاحتراق سيحدث بشكل ثابت عند ضغط تشغيل أقل بكثير. اتضح أن لعبة الداما ذات القوس السميك المصنوعة من البارود المدفعي كانت مشوهة ومتشققة بعد الضغط والتجفيف. (تم إجراء العملية الأخيرة لإزالة الملدنات والمذيبات الكحولية المستخدمة، والتي كانت منتجًا متطايرًا).

لقد ثبت أن إنشاء شحنات وقود لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب والتي تعتمد على مسحوق عديم الدخان باستخدام مذيب غير متطاير هو مهمة صعبة. في بلدنا، تم حل المشكلة في منتصف العشرينات نتيجة للتعاون بين علماء من مختبر ديناميكيات الغاز (N.I. Tikhomirov، V.A. Artemyev) والمعهد الروسي للكيمياء التطبيقية (S.A. Serikov، M.E. Serebryakov، O. G. Filippov). ). في عام 1929، طور موظفو هاتين المنظمتين في لينينغراد تقنية شبه إنتاجية لإنتاج أدوات الداما أحادية القناة ذات القوس السميك باستخدام طريقة الضغط، كتلة البيروكسيلين-تي إن تي في المصفوفات العمياء، التي يتم تسخينها بالبخار. علاوة على ذلك، في ورشة البارود في مختبر ديناميكيات الغاز، بدأوا في تصنيع قنابل يصل قطرها إلى 40 ملم.

تم تنفيذ العمل بوتيرة سريعة لإنشاء صواريخ مسحوقة. في عام 1930، ترأس هذا العمل B. S. Petropavlovsky، وفي عام 1934 - G. E. Langemak، تحت قيادته، قام معهد أبحاث الطائرات النفاثة بتطوير المقذوفات لاختباراتها العسكرية الناجحة (كانت هذه المقذوفات أساس سلاح صاروخي كاتيوشا الشهير ").

تم اتخاذ الخطوة الأخيرة نحو إنشاء محركات صاروخية حديثة تعمل بالوقود الصلب في النصف الثاني من الأربعينيات من قبل موظفي المختبر المحركات النفاثة(الولايات المتحدة الأمريكية)، الذي اقترح جزيئات بلورية من بيركلورات البوتاسيوم (KClO 4) أو بيركلورات الأمونيوم (NH 4 ClO 4) كوقود صاروخي صلب كعامل مؤكسد، مدمج في كتلة من المطاط الصناعي متعدد الكبريتيد (الوقود). علاوة على ذلك، عندما تم تجهيز المحرك بمثل هذا الوقود، تم تحضيره على شكل خليط لزج سائل (تم إدخال جميع الإضافات الضرورية إليه أيضًا)، ثم تم سكب هذا الخليط مباشرة في علبة المحرك. بعد مرور بعض الوقت، تم بلمرة الوقود بسبب التفاعلات الكيميائية المستمرة وتم الحصول على شحنة وقود تتناسب بإحكام مع الجسم (تم طلاء جداره مسبقًا بتركيبة بوليمر ذات خصائص لاصقة وعازلة للحرارة).

على عكس البارود ثنائي القاعدة، وهو كتلة متجانسة، أي متجانسة، كان الوقود الجديد غير متجانس وغير متجانس في بنيته. وبما أن هذا الوقود عبارة عن خليط ميكانيكي من مكونات مختلفة، فإنه يسمى الوقود المختلط. لا يعمل المطاط الصناعي الموجود فيه كوقود فحسب، بل يعمل أيضًا كمكون ربط (رباط) يحمل محتويات خليط الوقود بالكامل ككل.

يمكن للوقود المختلط أن يحترق بثبات عند ضغط لا يتجاوز بضعة ميغاباسكال، مما يجعل من الممكن تقليل وزن تصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بشكل كبير. يتم الحصول على مكسب إضافي هنا من خلال إزالة العناصر التي أصبحت غير ضرورية لربط شحنة الوقود بالجسم؛ وفي الوقت نفسه، تم أيضًا تبسيط تصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب. عندما تحترق الشحنة من خلال القنوات الداخلية (التي تم توفيرها في التصميم)، يتم تعزيز جسم المحرك الذي يعمل بالوقود الصلب وحمايته من التأثيرات الحرارية بفضل قبو الوقود، الذي يمتص الأحمال من ضغط ودرجة حرارة منتجات الاحتراق خلال فترة الاحتراق تقريبًا. مدة التشغيل الكاملة للمحرك الذي يعمل بالوقود الصلب.

ونتيجة لكل هذا، أصبح من الممكن إنشاء محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب ذات خصائص عالية (نبض محدد ومحتوى وقود نسبي)، قادرة على العمل بشكل موثوق لفترات طويلة من الزمن (عشرات ثم مئات الثواني). وبفضل التكنولوجيا الجديدة لتجهيز محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب والسلامة الأكبر لمكونات الوقود المختلط، أصبح من الممكن تصنيع شحنات أكبر حجما بشكل غير متناسب من ذي قبل. في وقت لاحق اتضح أن الوقود المختلط لديه أيضًا إمكانات أكبر لزيادة الدفع النوعي لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب.

لقد أحدث اختراع الوقود المختلط، مع تطوير تقنية جديدة لتصنيع شحنات الوقود، ثورة حقيقية في مجال المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب وجميع تكنولوجيا الصواريخ. كان هذا النوع الجديد من المحركات التي تعمل بالوقود الصلب هو الذي سمح للولايات المتحدة بمتابعة بلدنا في إطلاق أول قمر صناعي لها (1958) ووضع المركبة الفضائية على مسار بين الكواكب (1959). في كلتا الحالتين، تم استخدام مركبات الإطلاق ذات الأربع مراحل (“Juno-1” و”Juno-2”، على التوالي) مع عدد مختلف من محركات الصواريخ ذات الدفع الصلب المتطابقة تقريبًا في المراحل الثانية والثالثة والرابعة: مجموعة من 11 محركًا ومجموعة من 3 محركات ومحرك واحد. عملت جميع هذه المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب لمدة 6.5 ثانية وطورت قوة دفع تبلغ حوالي 7 كيلو نيوتن لكل منها مع دفعة محددة من 2160 إلى 2450 م/ث. تحتوي أجسام الصواريخ الأسطوانية الفولاذية التي تعمل بالوقود الصلب والتي يبلغ قطرها 150 ملم على 21-23 كجم من الوقود المختلط مع رابط وقود متعدد الكبريتيد؛ احترقت الشحنة على طول سطح القناة المحورية على شكل نجمة. كانت هذه المحركات المتواضعة بمثابة بداية الاستخدام الواسع النطاق لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في الملاحة الفضائية.

ارتبط التقدم الإضافي في مجال المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في الفضاء بتطوير تركيبات أكثر تقدمًا من الوقود المختلط، وإنشاء تصميمات للفوهات النفاثة القادرة على العمل لعشرات الثواني، واستخدام مواد هيكلية جديدة وعزل حراري ومواد أخرى ، تحسين العمليات التكنولوجية لتصنيع محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، وما إلى ذلك. دعونا الآن نفكر بمزيد من التفصيل في أنواع الوقود ورسوم الوقود، بالإضافة إلى الفوهات النفاثة لمحركات الصواريخ الفضائية الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب.

الوقود ورسوم الوقود.كان الوقود المختلط المعتمد على بيركلورات البوتاسيوم والبولي سلفيد هو أول من استخدم على نطاق واسع في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. حدثت زيادة كبيرة في الدفع النوعي لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بعد البدء في استخدام بيركلورات الأمونيوم بدلاً من بيركلورات البوتاسيوم، وبدلاً من مطاط متعدد الكبريتيد، تم استخدام البولي يوريثين، ثم البولي بوتادين والمطاط الآخر، وتم إدخال وقود إضافي في الوقود. تكوين - مسحوق الألومنيوم. تحتوي جميع محركات الصواريخ الفضائية الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب تقريبًا على شحنات مصنوعة من بيركلورات الأمونيوم والألومنيوم وبوليمرات البوتادين (CH 2 = CH - CH = CH 2).

بالإضافة إلى هذه المكونات الرئيسية، يتم أيضًا إدخال الملدنات والمصلبات والمحفزات والمواد المضافة الأخرى في الوقود، والمصممة لتحسين خصائصه الفيزيائية والميكانيكية والتكنولوجية، وضمان بلمرة رابط الوقود، والحصول على خصائص الاحتراق المحسوبة، وزيادة التخزين المسموح به. عمر الشحنة، وما إلى ذلك. فيما يلي التركيبة المميزة للوقود المختلط المستخدم في محركات الصواريخ القوية الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب:

في المحركات الفضائية الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب، أو القاعدة المزدوجة المعدلة، أو القاعدة المزدوجة المختلطة، نادرًا ما يتم استخدام الوقود الدافع. ويترتب على الاسم الأخير أن الوقود في التركيب وسيط بين الوقود التقليدي ثنائي القاعدة والوقود المختلط. في الواقع، فهو يحتوي على مكونات من كلا الوقودين: عادة بيركلورات الأمونيوم البلورية (المؤكسد) ومسحوق الألومنيوم (الوقود)، المرتبطين باستخدام خليط النيتروسليلوز-النيتروجليسرين (يحتوي كل مكون على مؤكسد إضافي ووقود). فيما يلي التركيبة النموذجية للوقود ثنائي القاعدة المعدل:

وبنفس كثافة وقود مزيج البولي بوتادين، فإن وقود ثنائي القاعدة المعدل له نبضة نوعية أعلى قليلاً. عيوبه هي ارتفاع درجة حرارة الاحتراق، وارتفاع التكلفة، وزيادة الانفجار (الميل إلى التفجير). من أجل زيادة النبض النوعي، يمكن إدخال المؤكسدات البلورية شديدة الانفجار في كل من الوقود ثنائي القاعدة المختلط والمعدل: الهكسوجين (CH 2 NNO 2) 3، أوكتوجين (CH 2 NNO 2) 4، إلخ. محتواها محدود بسبب الزيادة في النبض. خطر انفجار الوقود.

فيما يلي العملية التكنولوجية النموذجية لملء محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب بالوقود المختلط. أولا، يتم إعداد السطح الداخلي للسكن (التنظيف، وإزالة الشحوم، وما إلى ذلك) وإعداد كتلة الوقود. بعد ذلك، يتم تطبيق عدة مواد بوليمرية صناعية على التوالي على السطح المحدد، لتشكل ثلاث طبقات: لاصقة، وواقية من الحرارة، وطبقة لاصقة مرة أخرى (الشكل 3). علاوة على ذلك، يتم حساب العملية التكنولوجية بحيث يتم الانتهاء من الفلكنة للطبقة الأخيرة مع تصلب خليط الوقود. ويتم تحضيره في خلاطات، حيث يتم تحويل المكونات الأصلية إلى سائل سميك ولزج. ويتم تنفيذ هذه العملية وما يتبعها من صب الخليط في جسم الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بشكل أساسي تحت فراغ من أجل إزالة الهواء والغازات الذائبة من الصاروخ. الخليط وبالتالي منع تكون الفراغات في الشحنة.

لملء الوقود، يتم وضع غلاف محرك الوقود الصلب في غرفة تكنولوجية خاصة مجهزة بأنظمة تسخين وتهوية الهواء. للحصول على شحنة بالقنوات الداخلية، يتم تركيب شياق (قضبان) ذات شكل مناسب داخل الجسم (والتي تتم إزالتها لاحقًا). بعد سكب الوقود في مبيت محرك الدفع الصلب، تُغلق غرفة العملية وتُحفظ لمدة 3-7 أيام عند درجة حرارة تبلغ حوالي 60 درجة مئوية، مما يضمن تصلب كتلة الوقود. قبل انتهاء الفترة المحددة، يمكن فتح الغرفة لفترة وجيزة لتطبيق طبقة درع بوليمر على أسطح معينة من الشحنة التي يتم تصنيعها، والتي تتصلب مع كتلة الوقود.

تبدو الشحنة النهائية مثل المطاط الصلب أو البلاستيك. بعد التبريد يتم إخضاعه لرقابة دقيقة من أجل استمرارية وتجانس الكتلة والتصاق الوقود القوي بالجسم وما إلى ذلك. الشقوق والمسام الموجودة في الشحنة وكذلك انفصالها عن الجسم في أماكن معينة غير مقبولة ، لأنها يمكن أن تؤدي إلى زيادة غير معقولة في دفع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب مع انخفاض مماثل في وقت التشغيل (بسبب زيادة السطح المحترق) واحتراق الجسم وحتى الانفجارات. للتحقق من جودة الهيكل المجهز بهذه الطريقة، يتم استخدام الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية وغيرها من طرق الكشف عن العيوب غير المدمرة.

أرز. 3. مخطط ربط شحنة الوقود بجسم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب:

1 - الجسم؛ 2، 4 - تكوين لاصق؛ 3 - طبقة العزل الحراري. 5- شحن الوقود

تعد شحنة الوقود، التي يتم تصنيعها عن طريق صب الخليط في الجسم، جزءًا لا يتجزأ من هيكل الطاقة لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، ويجب أن تكون قوية بما يكفي وفي نفس الوقت مرنة لتحمل الأحمال الثابتة والديناميكية والحرارية التي تنشأ أثناء تصنيع ونقل وتخزين محركات الدفع الصلب، وأخيراً أثناء الطيران.

يعد حساب قوة الشحن إجراءً معقدًا يتم إجراؤه باستخدام الكمبيوتر. على وجه الخصوص، يتم تفسير الصعوبات التي تمت مواجهتها من خلال حقيقة أن تشوهات الشحنة المحتملة تعتمد على طبيعة الحمل المطبق، لأن الوقود المختلط، مثل البوليمرات الأخرى، عبارة عن مادة لزجة مرنة. في الحالة العامة، يتميز بمعامل مرونة منخفض، واستطالة نسبية عالية، وقوة شد عالية إلى حد ما وقوة خضوع واضحة. يفقد الوقود المختلط صلابته وقوته مع زيادة درجة الحرارة، ويصبح صلبًا وهشًا (يتحول إلى حالة زجاجية) عند درجات الحرارة المنخفضة. "تتراكم" الاضطرابات الهيكلية في الشحنة تحت تأثير الأحمال (بما في ذلك الدورية) وتتطور في النهاية إلى شقوق على السطح الحر للشحنة أو تؤدي إلى انفصال الشحنة عن الجسم. يكون الوقود المخلوط من البلاستيك تماماً عندما يتم تطبيق الحمل ببطء، ولكنه يكون هشاً عندما يتم تطبيق الحمل بسرعة. الحالة الأخيرة تتوافق، على سبيل المثال، مع اللحظة التي يتم فيها إطلاق محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، عندما يزداد الضغط فيه بشكل حاد.

بالإضافة إلى كل هذه الخصائص للوقود، فإن حساب قوة الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب يجب أن يأخذ في الاعتبار أيضًا الاختلاف الكبير في الخصائص (معامل التمدد الحراري، وما إلى ذلك) للوقود ومواد الجسم والمواد بينهما. يعد ضمان سلامة الاتصال بين شحنة الوقود والطبقة العازلة للحرارة شرطًا مهمًا لإنشاء محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب يعمل بشكل موثوق. يتم تحديد قوة هذا الاتصال، وكذلك الشحنة نفسها، في النهاية من خلال قوة المادة الرابطة للوقود الموجودة في الوقود.

عند تصميم محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، وتطوير عملية تكنولوجية لتصنيعه وتشغيله كجزء من مركبة الإطلاق والمركبة الفضائية، من الضروري أن نأخذ في الاعتبار حقيقة أن الوقود الصلب، وكذلك الدروع، والمواد العازلة للحرارة، والمواد اللاصقة وغيرها مواد البوليمرتخضع "للشيخوخة"، أي تغيير لا رجعة فيه في الخصائص بسبب العمليات الكيميائية والفيزيائية التي تحدث في البوليمرات. لذلك متى تخزين طويل المدىمجهزة بمحركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب، قد تتدهور الطاقة والمعلمات الباليستية للشحنة، وقد تزيد حساسية الوقود للتأثيرات الخارجية، وقد تنخفض قوة العناصر الهيكلية المختلفة، وقد تحدث تغييرات أخرى غير مرغوب فيها. يجبر هذا الظرف مطوري محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب ووقود الصواريخ على اختيار مكونات المواد البوليمرية بعناية، مع الاهتمام ليس فقط باستقرارها بشكل فردي، ولكن أيضًا. من أجل التوافق المتبادل. يتم تخزين محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب وفقًا للشروط وقواعد المناولة المناسبة. عادة فترة الضمانيتم تحديد التخزين من خلال انخفاض خصائص قوة شحنة الوقود والطبقة اللاصقة المجاورة.

الفوهات النفاثة.الآن بعد أن ناقشنا القضايا الأساسية المتعلقة بشحن الوقود، دعنا ننتقل إلى فوهة الصاروخ التي تعمل بالوقود الصلب. خلال فترة تشغيل المحرك بالكامل، تتعرض الفوهة لتدفق الغازات بدرجة حرارة أولية تصل إلى 3500 كلفن وضغط يصل إلى 7 ميجا باسكال أو أكثر، وتتحرك بسرعة تصل إلى 3 كم/ثانية (عند مخرج الفوهة). إذا تم تبريد غرفة محرك الوقود السائل باستخدام مكونات الوقود السائل، فعند إنشاء محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، يمكنك الاعتماد فقط على استخدام المواد المقاومة للحرارة والعازلة للحرارة وغيرها من المواد الخاصة.

يظهر في الشكل تصميم نموذجي للفوهة لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب في الفضاء. 4. يوضح أن جدار الفوهة يتكون من عدة طبقات من مواد مختلفة. كل واحد منهم يؤدي وظيفة محددة للغاية. الغلاف الخارجي (السترة) للفوهة هو عنصر الطاقة الرئيسي. وهي مصنوعة من الفولاذ عالي القوة وسبائك التيتانيوم والألومنيوم بالإضافة إلى البلاستيك المقوى. الغلاف محمي من التأثيرات الحرارية والتآكلية لتدفق الغاز بواسطة الغلاف الداخلي، الذي يكون على اتصال مباشر بالغاز المحترق. يتعرض عنق الفوهة لتأثيرات حرارية وتآكلية شديدة بشكل خاص، والتي لا يمكن أن يتحملها سوى عدد قليل من المواد.

في درجات الحرارة المرتفعة التي يتم الوصول إليها في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، يتمتع الجرافيت، وخاصة الانحلال الحراري، بأفضل الخصائص. هذا الأخير لا يقاوم التآكل جيدًا فحسب، بل يتمتع أيضًا بمزايا أنه يوصل الحرارة جيدًا على طول سطح التبلور وله خصائص عازلة للحرارة بشكل عمودي على هذا الاتجاه، كما أن لديه معامل تمدد حراري منخفض. تُستخدم أنواع مختلفة من الجرافيت في صنع إدخالات حلقية أو ألواح واقية رفيعة (بيروجرافيت)، والتي يتم تركيبها في أعناق الفوهات. ومع ذلك، تعتبر هذه العناصر الهيكلية نموذجية، خاصة بالنسبة للمحركات الصغيرة التي تعمل بالوقود الصلب، نظرًا لوجود خطر تشقق أجزاء الجرافيت الكبيرة عند بدء تشغيل المحرك - بسبب الصدمة الحرارية. إن الاستخدام الواسع النطاق للبيروجرافيت يعوقه إلى حد كبير تكلفته العالية.

أرز. 4. فوهة الوقود الصلب:

1 - الغلاف الخارجي. 2 - القشرة الداخلية. 3- غلاف عازل للحرارة

في أغلب الأحيان، تكون الأجزاء الداخلية لمحركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب مصنوعة من مواد بلاستيكية مقاومة للحرارة، حيث يتم ربط ألياف الجرافيت أو الكربون أو السيليكا أو الكوارتز أو الأسبستوس في قطعة واحدة باستخدام راتنجات الفينول فورمالدهايد (وبالتالي، فإن هذه الألياف عبارة عن حشوات معززة، والراتنجات مواد رابطة). عندما يعمل محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، فإن الطبقة السطحية من هذه المواد الملامسة للغاز الساخن تخضع لعملية الاجتثاث، أي الذوبان والتبخر والتحلل والتآكل الكيميائي، يليها احتجاز جماعي بواسطة تدفق الغاز.

من بين المواد المسببة للتآكل المذكورة أعلاه، فإن المواد الأكثر مقاومة للتآكل هي بلاستيك الكربون والجرافيت، والتي تستخدم في أعناق الفوهات. وفي مناطق أخرى، يحاولون استخدام مواد بلاستيكية أخرى أقل مقاومة ولكنها أرخص. بين الغلاف الداخلي والغلاف الخارجي للفوهة، عادة ما يتم توفير طبقة من العزل الحراري مصنوعة من الأسبستوس أو بلاستيك السيليكون، والتي تتميز بموصلية حرارية منخفضة وتعمل كحماية إضافية للسترة من الحرارة.

تتضمن عملية تصنيع أجزاء الفوهة البلاستيكية عادة لف شريط من المادة المناسبة على شياق جانبي، ثم معالجة المنتج عند ضغوط تصل إلى 7 ميجاباسكال ودرجات حرارة تبلغ حوالي 150 درجة مئوية، وأخيرًا بالقطعالشغل الناتج إلى الأبعاد المطلوبة. عند تجميع الفوهة، يتم تثبيت الأجزاء البلاستيكية باستخدام مواد لاصقة إيبوكسي، والتي يتم معالجتها لاحقًا في ظل الظروف البيئية العادية.

ومما تم مناقشته يتضح أن المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب يتميز بالبساطة الهيكلية، في حين أن المحرك الذي يعمل بالوقود السائل ليس سوى جزء من نظام الدفع، والذي يشمل أيضًا خزانات الوقود وخطوط الإمداد وصمامات أمان التعبئة والصرف والصرف. بالإضافة إلى عدد من العناصر الأخرى، فإن المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب هو في الأساس نظام دفع. ومع ذلك، كما رأينا، فإن إنشاء هذا المحرك "البسيط" يتطلب تطويرًا عاليًا للغاية للمعرفة النظرية والهندسة الكيميائية والتكنولوجيا عمليات الانتاجوكذلك إتقان العديد من "الأسرار" التقنية.

ومن المفيد إعطاء بعض الاعتبارات لصالح استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في الملاحة الفضائية، بالإضافة إلى تلك التي تم التعبير عنها سابقًا. دعونا نلاحظ أولاً أن بساطة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، إلى جانب الكثافة العالية للوقود الصلب، تجعل من الممكن إنشاء أنظمة دفع يمثل فيها الهيكل 5-7٪ فقط من الكتلة الإجمالية (عند استخدام المحركات التي تعمل بالوقود السائل، وهذا الرقم أسوأ بمقدار 1.5 مرة). يعوض هذا الظرف إلى حد كبير عن الدافع المحدد الأقل لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب مقارنة بمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود السائل. من حيث هذه المعلمة الأكثر أهمية، فإن محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب هو 1.5 مرة أدنى من أفضل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل والتي تعمل على الأكسجين السائل - وقود الهيدروجين السائل. ومن المعروف أن هذا الوقود الفعال كان أحد عوامل نجاح الرحلات المأهولة إلى القمر. ومع ذلك، لا يُنصح باستخدامه دائمًا، لأنه يرتبط، على وجه الخصوص، بالحاجة إلى اتخاذ تدابير خاصة للقضاء على فقدان المكونات المبردة المتبخرة (خاصة الهيدروجين السائل). وهذا يؤدي بطبيعة الحال إلى تصميم أثقل وأكثر تعقيدًا ويقلل من موثوقية الطائرة بأكملها.

لذلك، في الحالات التي لا يلزم فيها سوى دفعة دفع إجمالية صغيرة من نظام الدفع، والأكثر من ذلك، إذا كان لا بد من تشغيلها بعد عدة ساعات أو أيام من إطلاق المركبة إلى الفضاء، فمن المربح أكثر استخدام ما يسمى بالدفع العالي -الوقود المغلي الذي تكون مكوناته سوائل الظروف العادية. والوقود النموذجي هذا هو، على سبيل المثال، مزيج من رابع أكسيد النيتروجين مع ثنائي ميثيل هيدرازين غير المتماثل.

لكن من حيث الدفع النوعي، فإن هذا الوقود السائل يتفوق بنسبة 10% على الوقود الصلب. وبالتالي، للحصول على نفس الدفع الإجمالي، من الضروري استهلاك وقود صلب بنسبة 10٪ أكثر من الوقود السائل. ومع ذلك، نظرًا للكثافة العالية للوقود الصلب (1.76 جم/سم 3 مقارنة بـ 1.21 جم/سم 3 للسائل المحدد)، ستكون هناك حاجة إلى حجم أصغر لاستيعاب الإمداد الكامل للوقود الصلب القابل للاستهلاك: وهذا يعني تقليلًا في كتلة الهيكل، ونتيجة لذلك فإن الكتلة الأولية لنظام الدفع بالوقود قد تكون هي نفسها بالنسبة للوقود السائل والصلب. في هذه الحالة، سيتم الاختيار لصالح الثاني.

تفسر الاعتبارات المذكورة أعلاه إلى حد كبير الاستخدام الواسع النطاق لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في الملاحة الفضائية. والحقيقة الأخرى التي تتحدث لصالح الوقود الصلب هي أنه مع نوع الوقود الصلب المتقن، بما في ذلك تكنولوجيا صنع شحنة منه، يمكن إنشاء نظام دفع بالوقود الصلب في وقت أقصر، وبتكلفة أقل، كما يقولون، "بمخاطر أقل" من التثبيت بمحرك صاروخي سائل له نفس قوة الدفع. تصبح هذه الاعتبارات ذات أهمية خاصة عندما نحن نتحدث عنحول مستويات الدفع العالية جدًا. أكبر محرك يعمل بالوقود الصلب، والذي سيتم مناقشته في القسم الخاص بمحركات الدفع الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، لديه قوة دفع تبلغ 1.7 مرة أقوى محركات الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود السائل. أثناء إنشائها، تم إجراء أربعة اختبارات تجريبية فقط لعينات واسعة النطاق، بينما تم إجراء عدة مئات من هذه الاختبارات أثناء تطوير محركات الصواريخ القوية التي تعمل بالوقود السائل.

تجدر الإشارة إلى أنه في الولايات المتحدة الأمريكية في عام 1965، تم اختبار محرك صاروخي تجريبي يعمل بالوقود الصلب ويبلغ قطر جسمه 6.6 متر على مقعد، وكان هذا المحرك يحتوي على 730 طنًا من الوقود وطور قوة دفع تصل إلى 26 مليون نيوتن. لا يزال إنشاء محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل بنفس القوة يشكل صعوبات كبيرة. وبالتالي، فإن قدرات محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لا تزال بعيدة عن الاستنفاد، وسيعتمد تنفيذها على احتياجات رواد الفضاء النامية.

المحركات الصلبة الفضائية المساعدة

حاليًا، تُستخدم هذه المحركات على نطاق واسع في أنظمة الإنقاذ في حالات الطوارئ (ERS) والهبوط الناعم للمركبات الفضائية، وللتحكم في طيران المركبات الفضائية، وفي أنظمة فصل المراحل وأنظمة الإطلاق لمركبات الإطلاق، ولتدوير مركبات الإطلاق، وما إلى ذلك. ويرجع استخدامها على نطاق واسع في المقام الأول لبساطة التصميم وسرعة الاستجابة والموثوقية العالية، وهو أمر مهم بشكل خاص عند إنقاذ أطقم المركبات الفضائية المأهولة في حالات الطوارئ

على سبيل المثال، تم استخدام محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب ذات وظائف مساعدة في أول مركبة إطلاق تعمل بالوقود الصلب بالكامل "سكاوت" (منذ عام 1960). في مركبة الإطلاق الكشفية، تم تثبيت المرحلة الرابعة عن طريق الدوران (تم استخدام 4 محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب بقوة دفع تبلغ 0.18 كيلو نيوتن لتدوير هذه المرحلة). بعد ذلك، تم توسيع نطاق استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب المساعدة في الملاحة الفضائية: من محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بقوة دفع تصل إلى عدة نيوتن (على سبيل المثال، لتدوير الأقمار الصناعية وتوجيهها) إلى مئات الكيلو نيوتن (لأنظمة الإنقاذ في حالات الطوارئ للمركبات الفضائية). . سنلقي في هذا القسم نظرة على الأمثلة الأكثر شيوعًا لتركيب محركات الصواريخ المساعدة التي تعمل بالوقود الصلب على مركبات الإطلاق والمركبات الفضائية.

محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لأنظمة الإنقاذ في حالات الطوارئ والهبوط الناعم للمركبات الفضائية السوفيتية. "شرق". وبما أن الخطر الرئيسي كان يواجه رائد الفضاء عند الإطلاق وأثناء الهبوط، فقد تم اتخاذ التدابير اللازمة لتزويد السفينة بأنظمة أمان خاصة. خصوصيات الإنقاذ عند الإطلاق في حالة حدوث انفجار وحريق على مركبة الإطلاق، والتي تكون عابرة بطبيعتها، تتطلب إنشاء التنشيط التلقائي لوسائل الإنقاذ. هذا. قامت الأتمتة، في تسلسل معين، بتشغيل وسائل الألعاب النارية لإطلاق غطاء فتحة السفينة وتشغيل محركين صاروخيين يعملان بالوقود الصلب مثبتين على مقعد القذف مع رائد الفضاء. وضمنت المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب إبعاد رائد الفضاء عن مصدر النار على مسافة عدة مئات من الأمتار. وبعد ذلك تم تشغيل نظام الهبوط المظلي.

على عكس مركبة الفضاء الأمريكية جيميني، حيث تم استخدام مقاعد القذف بمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب فقط كوسيلة لإنقاذ رواد الفضاء في حالات الطوارئ، يمكن أيضًا استخدام مقاعد القذف أثناء الهبوط في مركبة فوستوك الفضائية. في هذه الحالة، على ارتفاع حوالي 7 كم، تم إسقاط غطاء فتحة مركبة الهبوط (بناءً على إشارات من أجهزة الاستشعار الجوي) وتم إخراج رائد الفضاء. بعد ذلك تم تفعيل مظلة الكبح ثم فتحت المظلة الرئيسية. تحتوي مركبة الهبوط أيضًا على نظام مظلة مستقل يتضمن طيارًا ومظلة رئيسية.

من بين عمليات الإطلاق الستة لمركبة فوستوك الفضائية، كانت جميعها ناجحة، وتم الهبوط في منطقة معينة، مما أكد الموثوقية العالية لمركبة الإطلاق والمركبة الفضائية، فضلاً عن الفعالية الأكبر للتدابير الرامية إلى ضمان سلامة الطيران .

"شروق الشمس". كان هذا النوع من السفن مختلفًا بشكل كبير عن نموذجه الأولي - سفينة فوستوك. واقتناعا منه بالموثوقية العالية لهذا الأخير، تخلى المصممون عن مقعد القذف الضخم والثقيل. لقد تغير نظام الهبوط أيضًا. وهي تشمل الآن العمليات التالية: على ارتفاع حوالي 5 كيلومترات، تم إطلاق غطاء حاوية المظلة وتشغيل نظام المظلة عندما انخفضت سرعة نزول مركبة الهبوط بالفعل بسبب الكبح في الغلاف الجوي إلى 220 م/ث. وبعد حوالي 6 دقائق وصلت السفينة إلى سطح الأرض، وقبل ملامستها للأرض، تم تشغيل نظام الدفع المكابح بصاروخ يعمل بالوقود الصلب، مما أدى إلى انخفاض سرعة الهبوط إلى الصفر تقريبًا.

بدأ استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب ذات الهبوط الناعم في عام 1964 أثناء رحلة المركبة الفضائية "فوسخود -1".

"اتحاد". للخروج بسرعة من منطقة الحريق أو الانفجار عندما يكون الطاقم في وحدة الهبوط في وضع فحص الأنظمة الموجودة على متن الطائرة، تم تجهيز المركبة الفضائية سويوز بنظام خاص للهروب من الإطلاق في حالات الطوارئ. بدأ استخدام نظام الإنقاذ في حالات الطوارئ (ESS) للمركبة الفضائية سويوز في عام 1967، مع ظهور نسخة أكثر تقدمًا من مركبة الإطلاق فوستوك ثلاثية المراحل. يمكن تقديم SAS في المرحلة النهائية من الإعداد قبل الإطلاق، عندما يكون موظفو الخدمة قد غادروا بالفعل موقع الإطلاق ويتم فصل مزارع خدمة LV والمركبات الفضائية. وبمساعدة هذا النظام، تتم إزالة السفينة من منطقة الطوارئ إلى ارتفاع كافٍ لفصل وحدة الهبوط وتفعيل نظام الهبوط بالمظلة.

نظام الدفع SAS للمركبة الفضائية سويوز عبارة عن تركيب لثلاثة أنواع من محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب (انظر الشكل في الصفحة الأولى من الغلاف). يوجد في الجزء العلوي من النظام محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب متعدد الفوهات لحجرة SAS وهدية تحمي السفينة من التسخين الديناميكي الهوائي أثناء مرور الصاروخ عبر طبقات كثيفة من الغلاف الجوي. المحرك الصاروخي الرئيسي الذي يعمل بالوقود الصلب (قوة الدفع 750 كيلو نيوتن، وزن شحنة الوقود 1 طن) مع 12 فوهة موجهة بزاوية 30 درجة إلى المحور الطولي لمركبة الإطلاق متصل مباشرة بالهدية. يوجد تحت هدية هذا المحرك أربعة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب للتحكم، والتي تضمن دوران وتراجع وحدة الهبوط والمقصورة المدارية للمركبة الفضائية بعيدًا عن منطقة الخطر،

ونتيجة لتفعيل SAS، يمكن للسفينة أن ترتفع إلى ارتفاع يصل إلى 1200 متر ويتم رميها من موقع الإطلاق لمسافة تصل إلى 3 كم (حسب اتجاه الرياح).

لقد وجدت محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب تطبيقًا في أنظمة الهبوط للمركبة الفضائية سويوز (جنبًا إلى جنب مع نظام المظلة). تهبط مركبة الهبوط بهذا الشكل. بالقرب من الأرض مباشرة، قبل 10 دقائق من الهبوط، يتم فصل الدرع الحراري الأمامي الذي لم تعد هناك حاجة إليه، والذي يغطي محركات الهبوط الناعم الموجودة في الجزء الأمامي من مركبة الهبوط. في الوقت نفسه، يبدأ الطاقم في الاستعداد للهبوط ويتم تجهيز نظام امتصاص الصدمات للمقاعد التي يتجمع فيها رواد الفضاء. بالقرب من الأرض نفسها، على ارتفاع حوالي متر واحد، يتم تشغيل ستة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب تعمل بالهبوط الناعم (قوة دفع تصل إلى عدة كيلونيوتن، كتلة شحن صاروخية تعمل بالوقود الصلب تبلغ 9 كجم، ووقت تشغيل يبلغ جزءًا من الثانية). تعمل هذه المحركات أخيرًا على تقليل السرعة التي تنخفض بها مركبة الهبوط بواسطة المظلة (حوالي 7-8 م/ث)، إلى ما يقرب من 0 م/ث.

محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لأنظمة الإنقاذ في حالات الطوارئ للمركبات الفضائية الأمريكية. "الزئبق". في أول سفينة فضاء أمريكية، في حالة وقوع حادث عند الإطلاق وأثناء مرحلة الإطلاق الأولية، تم استخدام نظام إنقاذ للطوارئ مزود بمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، مما يضمن سحب السفينة إلى ارتفاع يصل إلى 760 مترًا ثم، باستخدام نظام المظلة، يمكن للسفينة الهبوط على الماء. يمكن لمحرك SAS الذي يعمل بالوقود الصلب لسفينة Mercury (الشكل 5) أن يخلق حمولة زائدة بحد أقصى يصل إلى 30 زوتطوير قوة دفع قدرها 230 كيلو نيوتن لمدة ~ 1 ثانية. تم تركيب محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بحيث يتم تحويل الدفع الناتج الناتج عن فوهاته الثلاثة بالنسبة إلى مركز كتلة السفينة لضمان فصل السفينة في الاتجاه العرضي بالنسبة لمسار رحلة مركبة الإطلاق.

بعد فصل السفينة عن مركبة الإطلاق إلى مسافة آمنة، تم التخطيط لإعادة ضبط الجمالون من محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، والذي أكمل مهمته بالفعل. تم تصميم محرك صاروخي آخر يعمل بالوقود الصلب (أيضًا بثلاث فوهات) لهذا الغرض، والذي يمكنه تطوير قوة دفع تبلغ 3.6 كيلو نيوتن لمدة 1.5 ثانية. خلال المسار الطبيعي للرحلة، تم إسقاط SAS على ارتفاع معين، وواصلت مركبة الإطلاق والسفينة الطيران.

في ممارسة الرحلات الجوية المأهولة للمركبة الفضائية ميركوري، لم يتم استخدام SAS. ومع ذلك، تم تفعيل هذا النظام خلال الإطلاق الأول لمركبة ميركوري الفضائية التجريبية (غير المأهولة) (25 أبريل 1961)، التي انطلقت إلى المدار مع تركيب خاص ("روبوت") على متنها يحاكي التنفس البشري ودرجة الحرارة والكلام. تم تفجير مركبة الإطلاق بأمر من الأرض بعد 30 ثانية من الإطلاق، ولكن قبل التفجير، قامت SAS بفصل السفينة التي هبطت بالمظلة على الماء والتقطتها مروحية بعد 25 دقيقة من الإطلاق. أثبتت هذه الحالة عمليًا جدوى استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في أنظمة الإنقاذ في حالات الطوارئ للمركبات الفضائية.

أرز. 5. نظام الإنقاذ في حالات الطوارئ لمركبة ميركوري الفضائية:

1 - محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب لسحب السفن؛ 2 - إعادة ضبط محرك الدفع الصلب SAS؛ 3 - المزرعة؛ 4 - سفينة الفضاء. 5 - محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب لفصل السفينة عن مركبة الإطلاق في المدار؛ 6- محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب يكبح السفينة أثناء خروجها من المدار

أرز. 6. نظام الإنقاذ في حالات الطوارئ لمركبة أبولو الفضائية:

1 - محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب للتحكم في مسار الرحلة (تحريك السفينة إلى الجانب)؛ 2 - إعادة ضبط محرك الدفع الصلب SAS؛ 3 - محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب لسحب السفن؛ 4- مقصورة الطاقم

"تَوأَم". الإنقاذ في حالات الطوارئ لرواد الفضاء الذين يستخدمون مقاعد الطرد يقتصر على سرعة الرحلة وارتفاعها في لحظة الطرد. استخدمت بعض المركبات الفضائية مقاعد طرد تستخدم محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب بدلاً من SAS. على سبيل المثال، في المركبة الفضائية الجوزاء، يمكن إعطاء الإشارة لإخراج كلا رواد الفضاء من قبل أي منهما، حيث كان عليه سحب حلقة من الحاوية المثبتة بين ساقيه. خلف مقاعد رواد الفضاء كانت هناك قضبان تعمل كمرشدين أثناء الطرد. تم تنفيذ الطرد باستخدام المفرقعات. علاوة على ذلك، منع نظام الحظر الخراطيش من إطلاق النار قبل فتح فتحات الهبوط (كان هناك اثنان) بمساعدة البراغي المتفجرة، والتي تم من خلالها إلقاء مقاعد رواد الفضاء.

بعد إطلاق المفرقعات، عندما كانت مقاعد رواد الفضاء خارج السفينة، تم تشغيل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب والمثبتة في المقاعد (مدة التشغيل 0.27 ثانية، الدفع الإجمالي 8.4 كيلو نيوتن ثانية)، مما دفع المقاعد للأمام بزاوية 49° على المحور الطولي للسفينة. أقصى تسارع أثناء القذف 24 ز. وفقًا للحسابات، في حالة وقوع حادث عند الإطلاق، كان من المفترض أن تقوم محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب برمي مقاعد رواد الفضاء بعيدًا عن الصاروخ بمقدار 150 مترًا. أثناء التجارب، تم إلقاء المقاعد على الجانب 300 متر و140 مترًا م يصل.

وبعد رميه، ينفصل الكرسي، وينتشر البالون القابل للنفخ لتثبيت الكرسي وفرامله، ومن ثم تنتشر المظلات. هبط الطاقم على الماء.

"أبولو". كان الهدف من نظام SAS الخاص بها هو رمي المقصورة مع الطاقم لأعلى (للأمام) وبعيدًا عن مركبة الإطلاق في حالة الطوارئ حالة طارئهعند الإطلاق وأثناء المرحلة الأولية لرحلة مركبة أبولو الفضائية (حتى ارتفاع يصل إلى 80 كم تقريبًا). يشتمل SAS على إطار مزود بثلاثة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب مثبتة عليه (الشكل 6). الوزن الإجمالي لهذا الهيكل 4 طن وطوله 7 أمتار.

تم لحام الإطار، على شكل هرم رباعي السطوح بارتفاع حوالي 3 أمتار، من أنابيب (سبائك التيتانيوم) وتم تثبيته بمقصورة الطاقم بمسامير متفجرة. كان محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، المصمم لرمي مقصورة الطاقم لأعلى (للأمام)، مزودًا بأربع فوهات مثبتة بزاوية 35 درجة على المحور الطولي للمحرك. محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب طوله 4.6 م وقطره 0.66 م ووزنه 2.18 طن (بدون وقود - 0.73 طن). قوة صاروخية تعمل بالوقود الصلب 700 كيلو نيوتن، مدة التشغيل 6 ثوان، التسارع المولد 9 ز.

في حالة الطوارئ، كان لا بد من تشغيل محرك صاروخي آخر يعمل بالوقود الصلب، مصمم لرمي المقصورة مع الطاقم إلى الجانب، في نفس الوقت. هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، ويبلغ طوله 0.6 مترًا وقطره 0.23 مترًا ويزن 23 كجم، طوّر قوة دفع تبلغ 15.1 كيلو نيوتن وعمل لمدة 0.5 ثانية. بعد توقف تشغيل هذين المحركين اللذين يعملان بالوقود الصلب، تم تشغيل المحرك الصاروخي ثنائي الفوهة الذي يعمل بالوقود الصلب لإعادة ضبط نظام SAS. يبلغ طوله 1.5 متر وكتلته 0.25 طن، وقد طور قوة دفع تبلغ 150 كيلو نيوتن وعمل لمدة تقل عن ثانية واحدة.

بعد أن تم إلقاء SAS بعيدًا، نزلت مقصورة الطاقم بالمظلة. من أجل نشر المظلات الموضوعة في الجزء العلوي من المقصورة مع الطاقم، تم توجيه المقصورة بطريقة خاصة وهبطت إلى الأسفل أولاً. في حالة حدوث حالة طارئة عند الإطلاق أو أثناء المرحلة الأولية من الرحلة (حتى ارتفاع 36 كم)، تم ضمان اتجاه مقصورة الطاقم بواسطة أسطح ديناميكية هوائية خاصة مثبتة في الجزء العلوي من جسم SAS. وحتى انتهاء تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لتحريك السفينة، يتم ضغط هذه الأسطح على الهيكل ثم فتحها.

لا يمكن فصل SAS عن المقصورة مع الطاقم إلا بعد التأكد من الاتجاه المحدد للمقصورة. في حالة حدوث حالة طارئة على ارتفاعات تتراوح بين 36 و80 كم، حيث تكون كثافة الغلاف الجوي غير كافية للتشغيل الفعال للأسطح الديناميكية الهوائية، يتم فصل SAS عن مقصورة الطاقم مباشرة بعد انتهاء تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب ، وتم ضمان الاتجاه المحدد للمقصورة باستخدام نظام توجيه محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود السائل المثبت فيه.

في حالة عدم وجود حالة طوارئ عند الإطلاق وأثناء المرحلة الأولية من الرحلة، عند الوصول إلى ارتفاع حوالي 80 كم، يتم فصل الإطار المزود بمحركات عن المقصورة مع الطاقم، والتي كان لا بد من تشغيل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب لإعادة ضبط SAS وتحريك السفينة إلى الجانب.

محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب للمركبات الفضائية بين الكواكب.تُستخدم المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب كمحركات صاروخية مساعدة في العديد من الأقمار الصناعية، وكذلك في عدد من المركبات الفضائية بين الكواكب. ومن الأمثلة على ذلك المركبة الفضائية Mars-2 وMars-3 (التي تم إطلاقها في عام 1971). تم تجهيز هذه المركبات الفضائية بعدة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب والتي تؤدي مهام مختلفة (الشكل 7). على مخروط الكبح الديناميكي الهوائي كان هناك زوجين من محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب (دفع كل منهما 0.5 كيلو نيوتن). تم تشغيل زوج واحد عند الاقتراب من المريخ لتدوير المخروط الديناميكي الهوائي بعد فصله مع مركبة الهبوط عن المركبة الفضائية (زمن التشغيل 0.3 ثانية). تم تنفيذ الدوران بعد توجيه المخروط الديناميكي الهوائي لمركبة الهبوط نحو المريخ. ترجع عملية الدوران إلى الحاجة إلى إعطاء المركبة الفضائية موقعًا محددًا عند دخول الطبقات الكثيفة من الغلاف الجوي للمريخ.

بعد ذلك تم إطلاق المحرك الصاروخي الرئيسي الذي يعمل بالوقود الصلب (مع إطار التثبيت المقابل) لنقل المركبة إلى مسار الهبوط وتم تشغيل الزوج الثاني من محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب (وقت التشغيل 0.26 ثانية) لإيقاف دوران المحرك الديناميكي الهوائي. مخروط. يتم توجيه فوهات الوقود الصلب لهذا الزوج في الاتجاه المعاكس مقارنة بفوهات الوقود الصلب للزوج الأول.

بعد الكبح الديناميكي الهوائي للمركبة، تم تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لإعادة ضبط غطاء نظام المظلة وإدخال شلال الطيار (قوة الدفع 6.5 كيلو نيوتن). زمن تشغيل المحرك الذي يعمل بالوقود الصلب هو 0.24 ثانية. في الوقت نفسه، تم إطلاق مخروط الكبح الديناميكي الهوائي وسحب المظلة التجريبية المظلة الرئيسية. قام الأخير بسحب محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب من حاوية المظلة لتشتيت نظام المظلة (دفع 9 كيلو نيوتن) بحيث لا تغطي المظلات مركبة الهبوط، ومحرك الصاروخ الصلب للهبوط الناعم (دفع 56 كيلو نيوتن).

أرز. 7. مركبة النزول لمحطة الكواكب المريخ 3:

1 - مخروط الفرامل الديناميكية الهوائية. 2 - قاذفة صواريخ تعمل بالوقود الصلب لتفعيل المزلق التجريبي؛ 3 - محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب ينقل المركبة إلى مسار الهبوط؛ 4 - المظلة الرئيسية. 5-مركبة النزول

ثم تم تشغيل مقياس الارتفاع المثبت على مركبة الهبوط، وتم فصل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب للإقلاع والمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب للهبوط الناعم. قام الأول بإلقاء المظلة جانبًا (كان وقت تشغيلها 1 ثانية)، وبمساعدة الثانية، تم إجراء هبوط سلس لمركبة الهبوط على سطح المريخ (كان وقت تشغيلها 1.1 ثانية). بعد الانتهاء من تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب للهبوط الناعم، تم إطلاق الحاوية السفلية ونصف المظلة وتم تثبيت محركين صاروخيين جانبيين يعملان بالوقود الصلب (إجمالي الدفع 1 كيلو نيوتن، وقت التشغيل 4 هـ) على الوقود الصلب للهبوط الناعم تم تشغيل محرك الصاروخ. وتتمثل مهمتهم في تحريك (رمي) المحرك الصاروخي الصلب الذي يهبط بسلاسة إلى الجانب لتجنب اصطدامه بجسم مركبة الهبوط.

كما تم استخدام المحركات الصاروخية المساعدة التي تعمل بالوقود الصلب في المركبات الفضائية "Mars-5" و"Mars-6" و"Ranger" (انظر الشكل 12 في الصفحة 51)، وما إلى ذلك.

المحركات الصاروخية المساعدة التي تعمل بالوقود الصلب لمركبات الإطلاق.لقد وجدت محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب تطبيقًا كمولدات غاز على الواجهات الأمامية لمركبات الإطلاق، للتحكم في طيرانها، ولأنظمة توجيه مركبة الإطلاق (على سبيل المثال، في مركبة الإطلاق Tor-Able)، وفي أنظمة الفصل المرحلي لمركبة الإطلاق (على سبيل المثال ، في Titan-3C، ومركبات إطلاق Saturn، وMTKK "Space Shuttle")، وما إلى ذلك.

"زحل -5". تحتوي مركبة الإطلاق المزودة بمحركات صاروخية دفع على المراحل الثلاث المتعاقبة على إجمالي 18 محركًا صاروخيًا مساعدًا يعمل بالوقود الصلب مثبتة على محيط الجسم. علاوة على ذلك، يوجد في الجزء الخلفي من المرحلة الأولى 8 محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب للمكابح (التي طورت قوة دفع تبلغ 337 كيلو نيوتن لكل منها خلال وقت تشغيل قدره 0.54 ثانية) لفصل هذه المرحلة. يوجد في الحجرة الانتقالية ضمن المرحلة الثانية 4 محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب (كل منها يطور قوة دفع تبلغ 102 كيلو نيوتن ويعمل لمدة 3.8 ثانية) من أجل "تثبيت" الوقود في الخزانات. وأخيرًا، يوجد في الجزء السفلي من المرحلة الثالثة محركان صاروخيان يعملان بالوقود الصلب (ينتجان قوة دفع تبلغ 15 كيلو نيوتن لكل منهما مع زمن تشغيل يبلغ 3.9 ثانية) من أجل "ترسيب" الوقود وأربعة محركات صاروخية أخرى تعمل بالوقود الصلب (مع قوة دفع 155 كيلو نيوتن لكل منها وزمن تشغيل 1.5 ثانية) لأقسام المرحلة الثانية.

كان تسلسل تشغيل المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب المدرجة على النحو التالي. بعد مرور 0.5 إلى 0.7 ثانية من الأمر بإيقاف تشغيل محركات الدفع الصاروخية للمرحلة المستهلكة، يتم تشغيل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، مما يضمن "استقرار" الوقود في خزانات المرحلة التالية. بعد 0.1-0.2 ثانية أخرى، يتم تشغيل المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب للفرامل، مما يفصل بين المرحلة المستهلكة. في هذه اللحظة، لا يزال دفع محركاتها الرئيسية يمثل 10% من القيمة الاسمية. تستمر محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في العمل، والمرحلة التالية، في غضون 0.1-0.6 ثانية، تطير بالقصور الذاتي وتحت تأثير دفع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، يتم "تسوية" الوقود (على سبيل المثال، بعد ثانية واحدة من لحظة انفصال المرحلتين الأولى والثانية تصل المسافة بينهما إلى 2 م). ثم يتم إعطاء الأمر لتشغيل محركات الدفع الصاروخية. بعد 3-6 ثوانٍ، تصل إلى وضع التشغيل الاسمي، ويتوقف عمل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب عن "ترسيب" الوقود، وسرعان ما تتم إعادة ضبط هذه المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب لتقليل الكتلة "السلبية" للمرحلة. يتم تنفيذ عمليات إعادة الضبط باستخدام أنظمة الألعاب النارية والدافعات الزنبركية.

إن المحركات الصاروخية المساعدة التي تعمل بالوقود الصلب لمركبة الإطلاق Saturn 5 متطابقة في التصميم. تحتوي علبها الأسطوانية الفولاذية على شحنات ذات قنوات داخلية على شكل نجمة مصنوعة من وقود مختلط يعتمد على بيركلورات الأمونيوم ومطاط متعدد الكبريتيد. الأكبر هي محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب للمرحلة الأولى. يبلغ ارتفاعها 2.24 م وقطرها 0.39 م ووزنها 228 كجم (بما في ذلك 126 كجم من الوقود). أصغر المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، والتي تضمن “ترسيب” الوقود في خزانات المرحلة الثالثة، تحتوي على 27 كيلوغراما من الوقود.

"تيتان-3 إس"، "المكوك الفضائي". يحتوي كل محرك من المحركين "المثبتين" بالوقود الصلب (والذي سيتم مناقشته لاحقًا) على ثمانية محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب، مجمعة في كتلتين. تظهر محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب Titan-ZS على الصفحة الأخيرة من الغلاف لحظة تشغيلها. بعد ذلك، سنلقي نظرة على المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب للمكوك الفضائي، والتي تختلف عن محركات مركبة الإطلاق Titan-ZSi في الحصول على خصائص أفضل. يطورون قوة دفع تبلغ 95 كيلو نيوتن ويعملون لمدة 0.7 ثانية (مع مراعاة عمليات الزيادة والنقصان في الدفع - 1.2 ثانية). يبلغ إجمالي الدفع لكل محرك 82 كيلو نيوتن ثانية. يتم وضع شحنة وقود وزنها 35 كجم ذات قناة داخلية على شكل نجمة ذات ستة عشر نقطة (توفر سطح احتراق كبير) في مبيت أسطواني يبلغ قطره 32.6 سم ويبلغ الطول الإجمالي للمحرك 88 سم ويزن 74 كجم.

عندما يحترق الوقود في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، تنطلق غازات ضغط مرتفع(حوالي 13 ميجا باسكال)، مما يجعل من الممكن استخدام الطاقة الكيميائية المحتملة للوقود بكفاءة تامة. إن غلاف محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب وجزء تركيب الفوهة مصنوعان من سبائك الألومنيوم، ومخرج الفوهة من الفولاذ، وغير مبرد، وعنق الفوهة من الجرافيت.

عند تصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب لمقصورة المكوك الفضائي، تم إيلاء اهتمام خاص للتأكد من أن تيارات الغازات النفاثة المتدفقة من محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب لم تلحق الضرر بالطبقة الواقية من الحرارة لهذا الجهاز أثناء الرحلة. لذلك، كان من الضروري استبعاد إمكانية دخول أي جزيئات صلبة غريبة (أجزاء من جهاز الإشعال والطلاءات الواقية من الحرارة، وما إلى ذلك) إلى نفاثات الغاز. حتى تركيبة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب تم اختيارها بحيث يكون محتوى هذه الجزيئات في منتجات الاحتراق صغيرًا: يحتوي الوقود المختلط على 2٪ فقط من الألومنيوم (الباقي عبارة عن بيركلورات الأمونيوم والبولي بوتادين مع مجموعات نهائية من الهيدروكسيل).

وضع علامات على الطرق الصلبة

علاوة على ذلك، باستخدام مثال عينات محددة من محركات مركبات الإطلاق والمركبات الفضائية، يتم شرح مجالات تطبيق محركات الدفع الصاروخي التي تعمل بالوقود الصلب للدفع الفضائي، والتي تم إدراجها في بداية الكتيب. العينات المعنية تعطي فكرة عن الوضع الحاليتطوير محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب في كل دولة وفي جميع أنحاء العالم، حول الحلول التقنية الممكنة، حول تنوع التصاميم المنفذة، حول بعض المشاكل في إنشاء واستخدام محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب، حول أهمية هذه المحركات. لنبدأ القصة بأحد التطورات الأخيرة.

محرك إس آر إم.اسمها الكامل المترجم إلى الإنجليزية يعني "محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب". SRM هو الأكبر بين محركات الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب، ويتميز بالبيانات التالية: الارتفاع 38.2 مترًا، وقطر الجسم 3.71 مترًا، والوزن 568 طنًا، ويعمل لمدة 122 ثانية، ويطور المحرك دفعة دفع كاملة تبلغ حوالي 1300 مليون ثانية. أقصى قوة دفع ~ 14 مليون نيوتن.

أرز. 8. محرك SRM

يستخدم SRM الوقود المخلوط والتركيب وما إلى ذلك. خصائصها مذكورة في الصفحة 13. يتمتع المحرك بخصوصية أن كتلة شحنة الوقود الخاصة به، والتي تبلغ 502 طن (أي 88.4٪ من الكتلة الإجمالية)، موزعة بالتساوي تقريبًا بين أربعة أقسام (الشكل 8)، والتي يتم تصنيعها بشكل منفصل ومن ثم توصيلها في وحدة واحدة باستخدام أقفال ميكانيكية مع دبابيس قفل مثبتة يدويًا. يحل هذا التصميم المقطعي المشكلات المرتبطة بتصنيع ونقل مثل هذا المحرك الصاروخي الكبير الذي يعمل بالوقود الصلب. ويمكن نقلها مفككة من مصنع التصنيع مباشرة إلى قاعدة الفضاء وتجميعها هناك خلال يوم واحد.

إن علب أقسام SRM الفردية مصنوعة من الفولاذ عالي القوة ومحمية من الاحتراق بطبقة من العزل الحراري: مصنوعة من مطاط النتريل بوتادين مع حشو الأسبستوس والسيليكا. توجد بين الشحنة والحماية الحرارية طبقة لاصقة مثبتة من بوليمر بولي بوتادين مملوء بمجموعة نهاية كربوكسيل. تُستخدم مواد البوليمر هذه أيضًا لتسليح الأسطح الطرفية للشحنة، وتمثل 11% من كتلة الهيكل بأكمله.

يتم إنشاء الحصة الرئيسية من دفع SRM بسبب احتراق الشحنة على طول أسطح القنوات الدائرية المركزية ذات الاستدقاق الصغير، بينما في القسم الأمامي تحتوي الشحنة على قناة أولية على شكل نجمة ذات أحد عشر نقطة. بفضل هذا التكوين للسطح المحترق، يزداد دفع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب في البداية، ليصل إلى قيمته القصوى عند الثانية العشرين تقريبًا من الرحلة، ثم في الأربعينيات التالية ينخفض ​​بمقدار 1.5 مرة، وبعد ذلك يزيد قليلاً، ومن الثانية 85 من الرحلة يتناقص مرة أخرى (في البداية بسلاسة ومن الثانية 110 - بشكل حاد). تضمن الطبيعة الموصوفة لتغيير الدفع تسارعًا أوليًا مرتفعًا إلى حد ما للطائرة، وضغطًا ديناميكيًا محدودًا على الهيكل في المرحلة المتوسطة من الرحلة وحمولة زائدة صغيرة (3 ز) في نهاية الرحلة.

يتم تركيب محرك صاروخي صغير يعمل بالوقود الصلب قصير المدى في الجزء الأمامي من SRM، مما يوفر اشتعال شحنة الوقود خلال 0.3 ثانية (تسمى هذه المشعلات بالبيروجين). يتم توصيل فوهة نفاثة تزن حوالي 10 أطنان بالجزء الخلفي، ويتم دفع ربع طولها إلى داخل الجسم. تتيح هذه الفوهات، التي تسمى الفوهات "المريحة"، تقليل الأبعاد المحورية للمحرك وتوفير عدد من المزايا الأخرى.

مواد البناء الرئيسية للفوهة هي الفولاذ وسبائك الألومنيوم. يتم توفير الحماية الحرارية الخاصة بهم من خلال طبقة استئصالية من الفينول المقوى بنسيج الكربون وطبقة عازلة حرارية متوسطة من الفينول المقوى بالألياف الزجاجية. يعمل البلاستيك الفينولي الأخير أيضًا كمواد هيكلية لقسم مخرج الفوهة. عندما تحترق شحنة الوقود، تتشكل غازات بدرجة حرارة 3400 كلفن وضغط 4.4 ميجا باسكال (الضغط الأقصى أعلى بمقدار 1.5 مرة). عند التمدد في الفوهة، فإنها تنتج دفعة محددة تساوي 2480 م/ث عند سطح الأرض و2600 م/ث في الفراغ.

تم إنشاء محركات SRM لمركبة النقل الفضائية القابلة لإعادة الاستخدام (MTKK) لمكوك الفضاء - أول مكوك فضائي أمريكي، ستبدأ رحلاته في عام 1981. سيتم تركيب محركين صاروخيين يعملان بالوقود الصلب، في تكوين متوازي ويعملان جنبًا إلى جنب مع ثلاثة محركات تعمل بالوقود السائل. التأكد من انطلاقة MTKK وصعودها حتى ارتفاع 45 كم. وبعد فصل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، ستعمل محركات الصاروخ المشار إليها لمدة 6 دقائق أخرى، حتى يصل المكوك الفضائي إلى سرعة تعادل تقريبا السرعة الفضائية الأولى.

من أجل التحكم في مسار طيران MTKK، يتم تركيب محمل مرن عالمي يبلغ قطره حوالي 2 متر وكتلة تزيد عن 3 أطنان في كل محرك يعمل بالوقود الصلب حول عنق الفوهة، مما يوفر (مع المحركات الهيدروليكية) دورانًا الفوهة في طائرتين محوريتين بزاوية ± 8 درجة، وبالتالي تغيير في ناقل الدفع . ومن خلال تدوير الفوهتين وفقًا لذلك، يتم تحقيق التحكم في الميل والتوجه والتدحرج. يتكون أساس هذا المحمل من ألواح فولاذية ومطاطية متناوبة ملتصقة في كتلة واحدة.

لا يمكن الحفاظ على برنامج الطيران التصميمي للمكوك الفضائي إلا من خلال انتشار معين، وليس كبيرًا جدًا، في خصائص التشغيل لمحركات الصواريخ الفردية التي تعمل بالوقود الصلب (الوقت اللازم للوصول إلى الوضع الاسمي عند الإطلاق، وقيمة الدفع في كل لحظة من الزمن، وما إلى ذلك) .). وبخلاف ذلك، لن يتمكن نظام التحكم في الطيران من "تفادي" اضطرابات المسار الناشئة. من أجل ضمان أداء مستقر لإدارة الإشعاع الشمسي (SRM)، تم وضع متطلبات صارمة لجودة مكونات الوقود الأولية وتكنولوجيا تصنيع شحنات الوقود. من المفترض أن يتم تصنيع رسوم كل زوج محدد من SRMs في وقت واحد. علاوة على ذلك، سيتم صب خليط الوقود المحضر في حاوية واحدة بالتناوب في الأجزاء المقابلة لكلا المحركين الصاروخيين اللذين يعملان بالوقود الصلب.

وبعد الانتهاء من تشغيل محركات SRM وفصلها، يجب تفعيل نظام المظلة، الذي سيضمن هبوطًا سلسًا لهذه المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب على سطح المحيط لغرض إعادة استخدامها. وفي هذا الصدد، يعد SRM فريدًا أيضًا بين محركات الصواريخ الصلبة. تم تصميم غلافه، على سبيل المثال، لعشرين مرة من الاستخدام، والمحمل المرن - لعشر مرات. ستتم إزالة الحماية الحرارية للجسم والفوهة (بنفث من النفاثة) بعد كل رحلة وإعادة تطبيقها. من أجل الحد من الأحمال الديناميكية على هيكل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب القابل للإصلاح، تقرر التخلص من جزء الإخراج البلاستيكي من الفوهة من المحرك المستهلك في الجزء العلوي من مسار الرحلة. يتم قطع غلاف الفوهة المهملة بواسطة الغازات الناتجة عن الشحن الحراري الحلقي.

تجدر الإشارة إلى أنه عند إنشاء محرك كبير مثل SRM، كان من الضروري إجراء أربعة اختبارات حريق فقط لمحركات الصواريخ التجريبية كاملة الحجم التي تعمل بالوقود الصلب على الحامل. وبناء على ذلك، كانت تكاليف تطوير المحرك صغيرة. يتم تفسير هذا الظرف، على وجه الخصوص، من خلال حقيقة أن شركة Thiokol، التي طورت SRM، استفادت بالكامل من الخبرة المتراكمة في الولايات المتحدة في عملية إنشاء وتشغيل محرك صاروخي كبير آخر يعمل بالوقود الصلب، والذي سيتم مناقشته أدناه.

المحرك UA-1205.تم استخدام هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، والذي أنشأه مركز التكنولوجيا المتحد، منذ عام 1965 للتسريع الأولي لمركبات الإطلاق المختلفة لعائلة تي-تان-3. مثل المكوك الفضائي، لديهم أيضًا محركان صاروخيان يعملان بالوقود الصلب مثبتان بالتوازي، ويعملان من الإطلاق إلى ارتفاع 45 كم. يتم عرض إحدى مركبات الإطلاق هذه (أثناء الطيران، في وقت فصل المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب المستهلك) في الصفحة الأخيرة من غلاف الكتيب.

يعد UA-1205 أكبر محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب حتى الآن. يحتوي جسمها الفولاذي الأسطواني الذي يبلغ قطره 3.05 مترًا على حوالي 193 طنًا من الوقود الصلب، الذي يولد احتراقه قوة دفع تصل إلى 5.3 مليون نيوتن. مدة تشغيل المحرك هي 125 ثانية، ويبلغ إجمالي دفعة الدفع المطورة حوالي 500 مليون ثانية. يتميز UA-1205 (الشكل 9) بتصميم مقطعي ويعمل بوقود مختلط مشابه في تركيبه لذلك المستخدم في محرك SRM. تكوين الشحن مشابه لذلك المستخدم في SRM، لكن الأطراف الخلفية للأقسام الفردية (7 في المجموع) ليست مدرعة. ونتيجة لهذا، في بداية تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، يصل دفعه إلى الحد الأقصى لقيمته (كما هو موضح أعلاه)، ثم ينخفض ​​​​تدريجيًا إلى ~ 70٪ وينخفض ​​بشكل حاد في العشرينات الأخيرة إلى الصفر.

الشكل 9: نظام الدفع بمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب UA-1205

على عكس SRM، يحتوي UA-1205 على فوهة عادية وليست "غائرة". يتضمن تصميمها بطانات حلقية من الجرافيت (في الرقبة) ومواد مخففة (الفينوبلاست المعززة بالسيليكا والأقمشة الأخرى). تنقل منتجات الاحتراق، المتسارعة في الفوهة، إلى المحرك دفعة محددة تبلغ 2610 م/ث (في الفراغ).

ولغرض التحكم في طيران مركبات الإطلاق في كل منها؛ تم تجهيز محرك UA-1205 بنظام تحكم في ناقل الدفع يعتمد على الإدخال غير المتماثل لسائل العمل المساعد - رابع أكسيد النيتروجين السائل - في تدفق الغاز الأسرع من الصوت في الفوهة. ولهذا الغرض، يتم توفير فوهات يتم التحكم فيها كهربائيًا، وتقع حول الفوهة في منتصف الجزء المتوسع تقريبًا. لكل ربع من المقطع العرضي هناك ستة فوهات متشابكة، عند تشغيلها، يتم إنشاء قوة التحكم الجانبية في المكان المقابل للفوهة. يحدث ذلك بسبب التفاعل الديناميكي والكيميائي للتدفقات، بالإضافة إلى قوة الدفع الناتجة عن تدفق سائل العمل المساعد.

على الرغم من أن المكون المحوري للدفع يزداد، إلا أن الدفع النوعي الناتج للصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب لا يزال يتناقص. توفر هذه الطريقة التحكم في رحلة الصاروخ في الملعب والاتجاه عند استخدام محرك واحد، وفي حالة محركين (أي، كما هو الحال في عائلة مركبات الإطلاق Titan-3) - أيضًا في حالة التدحرج. في UA-1205، يتم احتواء رابع أكسيد النيتروجين في خزان خاص، والذي يتم تهجيره منه بواسطة النيتروجين المضغوط. يتم خلال الرحلة استهلاك حوالي 80% من احتياطي السوائل الذي يصل إلى حوالي 4 طن.

مع الأخذ في الاعتبار المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لنظام الفصل، فإن نظام الدفع المعتمد على UA-1205 يبلغ ارتفاعه 26 مترًا وكتلته 230 طنًا.

تعد عائلة مركبات الإطلاق Titan-3 مثالًا واضحًا على فعالية استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب "المثبتة" لزيادة سعة الحمولة للصواريخ التسلسلية العاملة. بدأ تاريخ مركبات الإطلاق هذه مع الصاروخ العابر للقارات ذو المرحلتين Titan-2، والذي تم تكييفه لإطلاق الحمولات إلى الفضاء. تسارع هذا الصاروخ، استخدم في 1965-1966. لإطلاق مركبة جيميني الفضائية المأهولة، تم توفيرها بمساعدة محركين صاروخيين يعملان بالوقود السائل بشكل تسلسلي. طور الأول منهم قوة دفع قدرها 1913 كيلو نيوتن (على الأرض) وعمل لمدة 150 ثانية، والثاني - قوة دفع قدرها 445 كيلو نيوتن لمدة 180 ثانية.

بعد تركيب مرحلة سائلة أخرى أعلى تيتان-2، وتم ربط محركات الوقود الصلب "المثبتة" UA-1205 على جانبي الهيكل، زاد وزن إطلاق مركبة الإطلاق من 147 إلى 630 طنًا، وقدرة الحمولة الصافية (زادت كتلة الحمولة التي تم إطلاقها على مدار أرضي دائري منخفض على تيتان-2) من حوالي 3.5 إلى 13 طنًا، وتم إجراء التحديث المحدد لمركبة الإطلاق في وقت قصير وبتكلفة أقل بكثير من تلك التي كان من الضروري إنشاء مركبة إطلاق جديدة تمامًا ذات قوة متساوية.

تبين أن الدفع الإجمالي لمحركين UA-1205 كافٍ لرفع مركبة الإطلاق من الأرض ورفعها إلى ارتفاع عدة عشرات من الكيلومترات (يتم تشغيل المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود السائل بعد تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب). الانتهاء من التشغيل). إذا قمنا بحساب نسبة الدفع إلى الوزن لمختلف إصدارات عائلة مركبات الإطلاق Titan-3، يتبين أن هذا الرقم ارتفع بعد تحديث مركبة الإطلاق من 1.3 إلى 1.7 ز. وهكذا بدأت مركبة الإطلاق في التسارع بشكل أسرع، وبالتالي انخفضت خسائر السرعة المرتبطة بتأثير الجاذبية (أما خسائر التغلب على السحب الديناميكي الهوائي، فلم تزد كثيرًا).

من الناحية المجازية، فإن المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب "المثبتة" بثت حياة جديدة في صواريخ تيتان، مما يضمن استخدامها على نطاق واسع في تنفيذ برامج الفضاء الأمريكية. وتعتبر الصواريخ من هذا النوع أقوى مركبات الإطلاق الأمريكية العاملة في السنوات الأخيرة. ترتبط العديد من الإنجازات في مجال الملاحة الفضائية باستخدامها. وهكذا، في عام 1977، بمساعدة جبابرة، تم إطلاق محطتين بين الكواكب "فوييجر"، والتي، بعد نقل المعلومات الأكثر قيمة حول كوكب المشتري وأقماره الصناعية، واصلت التحرك نحو زحل. ومن أجل تقليل زمن الرحلة، تم إعطاء المركبة الفضائية المشار إليها سرعة الهروب الثالثة، وسوف تتجاوز النظام الشمسي.

تم تسريع Voyagers باستخدام مركبات الإطلاق ذات الخمس مراحل من عائلة Titan-3: تم تجهيز المرحلة الأولى بمحركات الوقود الصلب UA-1205، والمراحل الثلاثة التالية بمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل، والجزء العلوي (ما يسمى بالمرحلة العليا) ) بمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب. سيتم مناقشة هذا المحرك الذي يعمل بالوقود الصلب بشكل أكبر، وسننتقل هنا إلى المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، والتي تستخدم في مركبة إطلاق أخرى أصبحت تستخدم على نطاق واسع في البرامج الفضائية.

محركات LV "دلتا".في الولايات المتحدة، يُطلق على مركبة الإطلاق هذه اسم "العمود الفقري للملاحة الفضائية": فقد أطلقت حمولات إلى الفضاء أكبر من أي صاروخ أجنبي آخر، ولهذه الحمولات مجموعة متنوعة من الأغراض.

في البداية، كان صاروخ دلتا عبارة عن صاروخ ثلاثي المراحل مزود بمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل في المرحلتين الأوليين ومحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب في الثالثة. مع كتلة إطلاق تبلغ حوالي 48 طنًا، يمكنها وضع 270 كجم من الحمولة في مدار دائري على ارتفاع 370 كم أو 45 كجم في مدار بيضاوي الشكل ممدود 185 × 36000 كم (ما يسمى بمدار النقل الثابت بالنسبة للأرض). منذ رحلتها الأولى في عام 1960، خضعت دلتا لعدد من التغييرات، حيث ظهرت مركبات إطلاق أكثر قوة، ومجهزة بثلاثة (1964) وستة (1970) وتسعة (1972) محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب. يظهر أحد أحدث إصدارات "Delta" في الشكل. 10 مع التقسيم إلى مكونات منفصلة. يبلغ ارتفاع هذا الصاروخ 35 مترًا، ووزن الإطلاق 132 طنًا، منها 42 طنًا تقع على 9 محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب.

دعونا نفكر في تسلسل تشغيل محركات هذا الإصدار من مركبة الإطلاق عند إطلاق قمر صناعي إلى مدار ثابت بالنسبة للأرض. عند أمر "البدء"، يتم تشغيل المحرك السائل للكتلة المركزية (المرحلة الأولى)، الذي ينتج قوة دفع تبلغ 912 كيلو نيوتن، و6 محركات تعمل بالوقود الصلب، والتي تخلق قوة دفع إضافية تبلغ 942 كيلو نيوتن. ونتيجة لذلك، حصل الصاروخ على تسارع ابتدائي قدره 1.4 ز. بعد 39 ثانية، عندما تتوقف محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب عن العمل، تتسارع دلتا إلى سرعة تبلغ حوالي 400 م/ث، وترتفع إلى ارتفاع حوالي 5 كم (بحلول هذا الوقت، يكون دوران مركبة الإطلاق قد بدأ بالفعل، مما يضمن " الإطلاق السلس للحمولة إلى مدار أرضي منخفض). ثم يتم تشغيل المحركات الثلاثة المتبقية التي تعمل بالوقود الصلب. يحدث هذا التسلسل من العمليات بسبب الحاجة إلى الحد من الأحمال الزائدة التي تعمل على قيعان الخزانات التي تحتوي على مكونات الوقود السائل.

بعد حوالي 10 ثوانٍ من توقف آخر محركات تعمل بالوقود الصلب عن العمل على ارتفاع حوالي 20 كم، يتم فصل جميع المحركات التسعة التي تعمل بالوقود الصلب في وقت واحد. تستمر المرحلة السائلة في العمل حتى حوالي الثانية 230 من الرحلة. وفي الوقت نفسه، ترتفع مركبة الإطلاق بمقدار 95 كم، وتسارع إلى 5300 م/ث. تتحرك الدلتا لبضع ثوان بسبب القصور الذاتي، وترتفع مسافة 10 كيلومترات أخرى، وبعد ذلك يتم تشغيل محرك صاروخ المرحلة الثانية مرتين بفاصل زمني قدره 13 دقيقة. بعد أن عمل المحرك الصاروخي المحدد الذي يعمل بالوقود السائل لمدة 300 ثانية عند مستوى دفع قدره 46 كيلو نيوتن، فإنه ينقل الحمولة إلى ارتفاع حوالي 180 كم، مما يمنحها أول سرعة هروب.

ويلي ذلك الدوران (لغرض الاستقرار) وفصل المرحلة الثالثة، وهي مرحلة الوقود الصلب (مع القمر الصناعي). يتم تشغيل محرك الدفع بقوة 67 كيلو نيوتن في الدقيقة 24 من الرحلة وخلال 44 ثانية من التشغيل، تزيد سرعة القمر الصناعي من 7.9 إلى 10.25 كم/ثانية. في هذه الحالة، يتم إطلاق القمر الصناعي إلى نقطة فوق خط الاستواء تقابل الحضيض المداري البالغ 185 × 35,790 كم، مع ميل إلى المستوى الاستوائي يبلغ حوالي 29 درجة (الأوج يقابل النقطة المقابلة من الكرة الأرضية). هنا ينفصل القمر الصناعي وينتقل بشكل مستقل، باستخدام محرك الصاروخ الخاص به، إلى المدار الثابت بالنسبة للأرض. سننظر في هذه المرحلة الأخيرة من الرحلة في القسم المناسب (انظر الصفحة 49)، ولكن في الوقت الحالي سنعود إلى "دلتا".

أرز. 10. مركبة الإطلاق دلتا

من مخطط الإطلاق أعلاه، من السهل ملاحظة أن محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب من طراز Delta (وأكثر من ذلك كل منها على حدة) تمثل حصة صغيرة نسبيًا من إجمالي دفعة الدفع التي طورتها جميع محركات الجهد المنخفض. تعمل لفترة قصيرة ويتم فصلها على ارتفاع منخفض. لذلك، إذا كانت المحركات الصاروخية المقابلة التي تعمل بالوقود الصلب في المكوك الفضائي ومركبة الإطلاق تيتان تشكل مراحل كاملة، فعندئذٍ ج. "دلتا" فهي متوسطة في خصائصها بين المراحل الصاروخية ومسرعات الصواريخ. من الناحية الهيكلية، تعد هذه المحركات من بين أبسط المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب. على وجه الخصوص، لا يفعلون ذلك. تحتوي على أجهزة لتغيير ناقل الدفع، ويتم التحكم في طيران مركبة الإطلاق دلتا باستخدام نظام الدفع السائل للوحدة المركزية.

منذ عام 1968، تم تجهيز المرحلة الثالثة من مركبة الإطلاق دلتا بمحركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب من سلسلة Star-37، والتي تم إنشاؤها على أساس محرك فرملة المركبة الفضائية Surveyor. وهي تحتوي على أجسام يبلغ قطرها 935 ملم، مصنوعة من سبائك التيتانيوم، وفوهات "غائرة". في البداية، تم استخدام نسخة من المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب بجسم كروي، والذي يتميز بالخصائص التالية: الوزن 718 كجم، بما في ذلك 653 كجم (أي 91٪) من الوقود المختلط بولي بوتادين - بيركلورات الأمونيوم - الألومنيوم، قوة الدفع القصوى 46.7 كيلو نيوتن، دفعة محددة 2850 م / ث. أثناء التشغيل لمدة 44 ثانية، طور المحرك دفعة دفع إجمالية قدرها 1860 كيلو نيوتن ثانية، وهو ما يعادل متوسط ​​دفع قدره 42 كيلو نيوتن.

في عام 1972، تم إطالة الجسم (وبالتالي شحنة الوقود) للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب بمقدار 362 ملم عن طريق إدخال قسم أسطواني متوسط، وبالتالي زادت كتلة المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب بحوالي 400 كجم، و ارتفع محتوى الوقود إلى 92.6%. بلغ إجمالي دفعة الدفع 2910 كيلو نيوتن ثانية؛ وزاد الدفع بما يتناسب مع هذا (حتى 66.7 كيلو نيوتن)، حيث ظل وقت تشغيل المحرك كما هو.

وفي هذا الصدد، من المثير للاهتمام مقارنة محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مع المحركات التي تعمل بالوقود السائل. إذا كانت الزيادة (التخفيض) في نظام الدفع بمحرك صاروخي يعمل بالوقود السائل تؤدي إلى زيادة (تقليل) مقابلة في وقت تشغيل المحرك، بينما يظل الدفع دون تغيير، فبالنسبة لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب ويلاحظ تأثير معاكس. وبالتالي، يمكن تغيير دفع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب ضمن حدود كبيرة بمجرد تغيير الطول. تهمة الوقود. في هذا الصدد، تعتبر المحركات الصاروخية المقطعية التي تعمل بالوقود الصلب (على غرار SRM و UA-1205 التي تمت مناقشتها سابقًا) "مرنة": من خلال تغيير عدد الأقسام، يمكنك بسهولة الحصول على محركات ذات دفع مختلف.

في ختام مناقشة القضايا المتعلقة بمحركات مركبة الإطلاق دلتا، نلاحظ أنه في 1977-1978. تم إنشاء إصدارات جديدة من سلسلة المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب من سلسلة Star-37، والتي نفذت العديد من أحدث التطورات في مجال المحركات التي تعمل بالوقود الصلب. ننتقل الآن إلى النظر في المحركات الصاروخية الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب والتي تم إنشاؤها في فرنسا.

قاذفة الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب "ديامانت".تم تركيب محركات تعمل بالوقود الصلب في المرحلتين الثانية والثالثة من مركبة الإطلاق هذه، والتي تم بمساعدتها إطلاق العديد من الأقمار الصناعية الفرنسية في 1965-1975. (المرحلة الأولى من الصاروخ استخدمت محرك صاروخي يعمل بالوقود السائل). ديامانت هي مركبة الإطلاق الوحيدة التي تم تصنيعها في فرنسا. مثل المركبات الأمريكية، خضعت مركبة الإطلاق هذه لعدد من التحسينات التي تهدف إلى زيادة القوة.

يستخدم الإصدار الأخير من Diamant محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب ذات فوهة واحدة مع أغلفة قصيرة من الألياف الزجاجية يبلغ قطرها 1.5 (المرحلة الثانية) و 0.8 متر (المرحلة الثالثة)، والتي تحتوي على 4 و 0.685 طن من الوقود المختلط على التوالي. يوفر أول هذه المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب التحكم في ناقلات الدفع عن طريق حقن غاز الفريون في الفوهة، مما يسمح لك بالتحكم في رحلة الصاروخ في الملعب والطائرات الموجهة. يعمل هذا المحرك لمدة 62 ثانية عند مستوى دفع ثابت قدره 180 كيلو نيوتن. المعلمات المقابلة للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب للمرحلة الثالثة "Diamant" هي 46 ثانية و ~ 30 كيلو نيوتن (متوسط ​​القيمة). مثل المرحلة الثانية من المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، يحتوي هذا المحرك على فوهة ثابتة ذات عنق جرافيت، لكنه لا يحتوي على أجهزة للتحكم في ناقل الدفع.

من الشكل. في الشكل 1، الذي تم فيه عرض هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، من الواضح أن شحنة الوقود الخاصة به تحتوي على قناة دائرية مركزية ذات فتحات عرضية. يضمن تكوين الشحن هذا وجود سطح احتراق ثابت، وبالتالي دفع ثابت للمحرك أثناء التشغيل. يتم ضمان الأبعاد الدقيقة لتجويف الشحنة الداخلية من خلال المعالجة الميكانيكية.

يمثل الوقود 91% من الوزن الإجمالي للمحرك ويحتوي على التركيبة التالية: 60% بيركلورات البوتاسيوم، 21% بولي يوريثين، 19% ألومنيوم (قيم مدورة). إن استخدام هذا الوقود غير الفعال نسبيًا جعل من الممكن الحصول على دفعة محددة لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب تبلغ سرعتها حوالي 2730 م/ث فقط. بالنسبة للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب للمرحلة الثانية من مركبة الإطلاق Diamant (التي تستخدم أيضًا وقود البولي يوريثين)، تكون هذه المعلمة أقل - حوالي 2680 م/ث.

تجدر الإشارة إلى أن محركات الصواريخ ديامانت لا تعكس بشكل كامل نجاحات فرنسا في مجال محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. على سبيل المثال، تستخدم الصواريخ الباليستية بعيدة المدى التي تم تصنيعها في هذا البلد محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب مع شحنات وقود تصل كتلتها إلى 16 طنًا ومدة احتراقها 76 ثانية. وفي عام 1969، عرضت شركة فرنسية في أحد المعارض شحنة تجريبية يبلغ قطرها 3 أمتار.

تم تحقيق العديد من الإنجازات الحديثة في مجال المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب باستخدام محرك يعمل بالوقود الصلب، تم إنشاؤه مؤخرًا بشكل مشترك بواسطة متخصصين من فرنسا وإيطاليا وألمانيا لاستخدامه في المركبات الفضائية منذ عام 1980. هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب يبلغ إجمالي كتلته 692 كجم يطور دفعة دفع إجمالية تبلغ 1900 كيلو نيوتن ثانية ونبضًا محددًا يزيد عن 2890 م / ث. ومع ذلك، قبل الانتقال إلى محركات المركبات الفضائية، سننظر في محركات العديد من مركبات الإطلاق الأخرى.

محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب "Vexuing".هذا المحرك كما هو موضح في الشكل تم استخدام 11، في المرحلة الثالثة من مركبة الإطلاق الإنجليزية Black Arrow، والتي تم بمساعدتها إطلاق أول قمر صناعي إنجليزي Prospero في عام 1971. على الرغم من عدم استخدام "Vexuing" والمحركات المماثلة على نطاق واسع، فإن النظر في هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب سيوفر فهمًا أكثر اكتمالاً للتصميمات المحتملة لمحركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب، وميزاتها والمشاكل التي تم حلها أثناء إنشائها.

يستخدم المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب Vaxuing جسمًا على شكل وعاء فولاذي رقيق الجدران (0.6-0.8 ملم) يبلغ قطره 712 ملم. يحتوي المحرك على 312 كجم من الوقود المختلط غير العادي. وهو يتكون من بيركلورات الأمونيوم (63%)، وبكرات الأمونيوم (14%)، والألومنيوم (12%)، ومادة رابطة قابلة للاحتراق تعتمد على البولي أيزوبيوتيلين الملدن (11%). هذا الوقود غير معتاد من حيث أن تصنيع الشحنة منه يتم تقليله إلى خلط المكونات المحددة إلى حالة عجينة سميكة (بكثافة 1.77 جم / سم 3)، ولا يتم تنفيذ المعالجة اللاحقة لها. عند درجة حرارة 60 درجة مئوية، تصبح كتلة الوقود بلاستيكية للغاية بحيث يمكن تعبئتها في مبيت محرك الوقود الصلب تحت التفريغ.

بعد التحميل، يتم إدخال إبرة جانبية في الوقود لتشكيل قناة احتراق داخلي. من خلال إنشاء الضغط الهيدروستاتيكي المناسب، يتم ضغط الشحنة بإحكام على الجسم، وهو مغطى مسبقًا بطبقة عازلة للحرارة (مملوءة بالكلوروسلفون البولي إيثيلين) وتركيبة لاصقة (مطاط النتريل).

تبلغ كتلة نظام الدفع مع المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب Vaxuing 352 كجم (يمثل الوقود 89٪ من هذه القيمة) ويعمل لمدة 37 ثانية، وينتج دفعة محددة تبلغ حوالي 2710 م / ث. خلال الـ 15 ثانية الأولى، يزداد دفع الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب تدريجيًا، ليصل إلى ~ 29 كيلو نيوتن (في نفس الوقت، يزداد الضغط في الغرفة إلى ~ 2.8 ميجا باسكال)، وبعد ذلك ينخفض ​​تدريجيًا. كان مبدعو Wexwing خائفين من أن شحنة الوقود التي تشبه المعجون، والتي تكون مرنة تمامًا تحت حمولة صغيرة، سوف "تتدفق" تحت تأثير التسارع أثناء تشغيل محركات المرحلتين الأولى والثانية من مركبة الإطلاق. ومع ذلك، أظهرت التجارب ذات الصلة أن المستوى الخطير للحمل الزائد يتجاوز المستوى الفعلي بشكل كبير.

أرز. 11. المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب "Vexuing"

عند إنشاء محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب Wexwing، كان من الضروري توفير إمكانية إيقافه في حالات الطوارئ في حالة مغادرة مركبة الإطلاق المنطقة الآمنة لموقع الاختبار. ولهذا الغرض، تم وضع عبوة ناسفة حلقية في الجزء السفلي الأمامي من الهيكل، وعندما انفجرت، تم قطع فتحة يبلغ قطرها حوالي 200 ملم في الجزء السفلي. في هذه الحالة يحدث انخفاض سريع في ضغط التشغيل في المحرك، ويتوقف احتراق الوقود.

عند إطلاق القمر الصناعي، تم تشغيل محرك Wexwing عند أوج المدار المتوسط ​​وضمن نقل القمر الصناعي إلى مدار قطبي. بعد انفصال القمر الصناعي، استمرت مرحلة الصاروخ في التحرك بسبب تدفق منتجات الانحلال الحراري للمواد العازلة الحرارية التي تم تسخينها إلى درجة حرارة عالية. ونتيجة لذلك، تجاوزت المنصة القمر الصناعي وألحقت أضرارًا بهوائي القياس عن بعد أثناء الاصطدام. هذه الحقيقة هي واحدة من العديد من "المفاجآت" التي يجب أخذها في الاعتبار عند إنشاء واستخدام محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب.

محركات مركبات الإطلاق التي تعمل بالوقود الصلب بالكامل.يتم تسريع هذه الصواريخ ذات الثلاث والأربع مراحل حصريًا بمساعدة محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب المثبتة في جميع المراحل. عند تطوير مركبات الإطلاق هذه، كان الهدف النهائي هو إنشاء وسائل لإيصال الحمولات إلى الفضاء والتي لن يكون تصنيعها مكلفًا للغاية وسهل الاستخدام، ولن تتطلب أيضًا مجمعات إطلاق معقدة وإعدادًا مكثفًا قبل الإطلاق. من الأمور الحاسمة لتحقيق كل هذا كان اختيار محركات صاروخية صغيرة الحجم وبسيطة التصميم تعمل بالوقود الصلب لجميع مراحل مركبة الإطلاق.

إن مركبات الإطلاق قيد النظر صغيرة الحجم وأدنى بكثير من مركبات الإطلاق الحديثة الأخرى من حيث كتلة الإطلاق وبالتالي كتلة الحمولة. سنولي الاهتمام الأكبر لمركبة الإطلاق الكشفية الأمريكية ذات الأربع مراحل، والتي تعمل منذ عام 1960. في البداية، كانت كتلة الإطلاق لمركبة الإطلاق هذه 16 طنًا، ويمكنها إطلاق قمر صناعي وزنه 45 كجم إلى مسافة قريبة. - مدار الأرض على ارتفاع 280 كم. منذ بداية استخدامه، تم تحديث مركبة الإطلاق الكشفية عدة مرات من أجل زيادة القوة، في حين تم أيضًا تعديل محركات الصواريخ الفردية التي تعمل بالوقود الصلب أو استبدالها بنماذج جديدة أكثر تقدمًا.

وفي نسختها الحديثة، فإن مركبة الإطلاق التي تبلغ كتلة إطلاقها 21.4 طنًا قادرة على إيصال حمولة تزن 181 كجم إلى مدار أرضي منخفض على ارتفاع 560 كم. يبلغ ارتفاع مركبة الإطلاق 23 مترًا، ويبلغ الحد الأقصى لقطر الجسم 1.13 مترًا، وتنتج محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لهذا الصاروخ قوة دفع تبلغ 476 و275 و125 و25 كيلو نيوتن (وفقًا لترتيب تفعيلها). ) وتعمل من ~ 75 (المرحلة الأولى) إلى ~ 30 ثانية (الخطوة الأخيرة).

لا تحتوي هذه المحركات على أجهزة لتغيير اتجاه الدفع، ويتم التحكم في طيران مركبة الإطلاق الكشفية باستخدام الدفات الهوائية والغازية المثبتة في المرحلة الأولى، ومحركات الصواريخ الثابتة منخفضة الدفع المثبتة في المراحل اللاحقة. علاوة على ذلك، تستخدم المرحلتان الثانية والثالثة محركات صاروخية تعمل بالوقود السائل تعمل على منتجات تحلل بيروكسيد الهيدروجين، وتستخدم المرحلة الرابعة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب المساعد، والتي تنقل الحركة الدورانية إلى المرحلة حول المحور الطولي.

ومن المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب للصاروخ الكشفي، سننظر بالتفصيل إلى محرك FW-4 الذي تم استخدامه في المرحلة الرابعة في عامي 1965-1973. لها جسم أسطواني يبلغ قطره 508 ملم، ويبلغ وزن المحرك المجهز حوالي 300 كجم. علاوة على ذلك، فإن 91% من هذه الكتلة يمثل وقودًا مختلطًا يحتوي على بيركلورات الأمونيوم، وهو بوليمر مشترك من البيوتادين، والأكريلونيتريل، وحمض الأكريليك، والألمنيوم.

في الجزء الأولي من شحنة الوقود يتكون سطح الاحتراق بواسطة قناة أسطوانية مركزية، ثم تليها فتحة عرضية حلقية ومرة ​​أخرى بواسطة قناة مستديرة محورية، والتي تتحول إلى ثقب مخروطي متوسع. تؤدي الفجوة المذكورة دورًا مزدوجًا: فهي تعوض ضغوط درجة الحرارة التي تنشأ عندما تتغير ظروف تخزين محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، وتضمن الطابع المناسب لتغير الدفع: في أول 11 ثانية من التشغيل، تزداد بشكل غير متساو من 21 إلى 30 كيلو نيوتن، وفي الـ 19 ثانية التالية يتناقص تدريجياً. متوسط ​​قيمة الضغط (أثناء التشغيل) في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب هو 5.3 ميجا باسكال.

تنتج منتجات الاحتراق المتدفقة من الفوهة دفعة محددة تبلغ 2805 م/ث. يتم توصيل الفوهة بالجسم من خلال شفة من سبائك الألومنيوم العازلة للحرارة. يتكون عنق الفوهة من حلقة من الجرافيت، ويتكون الجزء المتوسع من قشرة مخروطية من الفولاذ المقاوم للصدأ (سمكها 0.25 مم)، محمية من الداخل بنسيج الجرافيت (في القسم الأولي) ومادة السيليكون الفينولية.

يتم حماية غلاف المحرك FW-4 من الاحتراق بطبقة من العزل الحراري مصنوعة من مطاط النتريل بوتادين المملوء بأكسيد السيليكون. الجسم نفسه، بسمك جدار أسطواني يبلغ 2 مم، مصنوع من الألياف الزجاجية، أي مادة تعتمد على ألياف زجاجية ومكون بوليمر رابط (في هذه الحالة، راتنجات الإيبوكسي)، وهذه ميزة رائعة لـ FW- 4 بالمقارنة مع SRM و UA-1205 التي تمت مناقشتها سابقًا.

الطريقة الأكثر شيوعًا لصنع هياكل الألياف الزجاجية هي لف شريط زجاجي مستمر مشرب بالراتنج على مغزل دوار. يخضع هيكل الجرح للمعالجة الحرارية، وبعد ذلك تتم إزالة الشياق من السكن؛ ولهذا الغرض، فهي إما قابلة للطي أو قابلة للتدمير (على سبيل المثال، من الجص). يرتبط استخدام العلب البلاستيكية في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب بالحاجة إلى حل عدد من المشكلات المحددة، أحدها هو التغيير الكبير في الأبعاد الهندسية للهيكل عند تحميله بضغط التشغيل، وهو ما يفسره زيادة ( مقارنة بالمعادن) تشوه البلاستيك.

عند اختبار FW-4، على سبيل المثال، تم اكتشاف المشكلة التالية الخاصة بهذا المحرك. مباشرة قبل إطلاق المحرك الصاروخي الرئيسي الذي يعمل بالوقود الصلب، يتم تشغيل المرحلة الرابعة من مركبة الإطلاق الكشفية (بمساعدة المحركات الصاروخية المساعدة التي تعمل بالوقود الصلب المذكورة أعلاه) إلى 120-160 دورة في الدقيقة من أجل تثبيتها. لا يتم فصل بعض الحمولات عن المرحلة، وإذا تم تشغيل آلية إبطاء دوران الحمولة بعد انتهاء تشغيل المحرك الصاروخي الرئيسي الذي يعمل بالوقود الصلب، فإن غلاف المحرك يتعرض لأحمال إضافية. أظهرت اختبارات البدلاء لعينات FW-4 الأولى مع محاكاة الدوران أن هذه الأحمال يمكن أن تسبب انفصال علب الألياف الزجاجية التي تتكون من الطبقة الداخلية لللف الحلزوني والطبقة الخارجية لللف المستعرض (الدائري). لذلك، بدأ تصنيع الحالات بالتناوب بين الملف والآخر.

يُستخدم البلاستيك المقوى على نطاق واسع كمواد هيكلية لعلب محركات الصواريخ الفضائية الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب. بالمقارنة مع العلب المعدنية، فإن العلب البلاستيكية لها وزن أقل، وهو ما يفسر القوة النوعية العالية للبلاستيك. يتم تعريف هذه المعلمة على أنها نسبة قوة الشد إلى كثافة المادة. قبل المقدمة النظام الدوليتم استخدام وحدات (SI) بدلا من الكثافة جاذبية معينة، وفي هذه الحالة كان للمعلمة المحددة بُعد الطول. لذلك، في هذا البعد السابق، تبلغ القوة النوعية للفولاذ المستخدم في محركات SRM وUA-1205 20 كم، والألياف الزجاجية المستخدمة في FW-4 حوالي 50 كم.

تتيح المعدات التكنولوجية الحديثة إنتاج العلب البلاستيكية ككل دون أي موصلات، وتضمن استقرار خصائصها. ومن خلال لف الألياف بزوايا مختلفة واختيار العدد المناسب من الألياف في أماكن معينة، يتم تحقيق قوة متساوية لبنية الجسم المصنع. كل هذا يسمح لك بالاستفادة القصوى من خصائص القوة العالية للمواد البلاستيكية.

نظرًا للإنتاجية العالية للعمليات التكنولوجية والتكلفة المنخفضة نسبيًا للمواد الخام، فإن علب المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب المصنوعة من الألياف الزجاجية (هذا البلاستيك هو الذي وجد أكبر تطبيق) ليست أكثر تكلفة بكثير من العلب المعدنية. بادئ ذي بدء، من المفيد استخدام البلاستيك لمحركات المراحل العليا لمركبات الإطلاق والأجهزة العاملة في الفضاء، حيث يوفر تقليل كتلة الهيكل زيادة قصوى في كتلة الحمولة.

وفي ختام وصف محركات مركبة الإطلاق الكشفية، تجدر الإشارة إلى أنه في 3 يونيو 1979، تم الإطلاق المائة لهذا الصاروخ. بحلول هذا الوقت، تم تنفيذ 95 عملية إطلاق بنجاح، بما في ذلك 37 عملية إطلاق متتالية (في الفترة 1967-1975). الرقم الأخير هو رقم قياسي لمركبات الإطلاق الأجنبية.

بالإضافة إلى الولايات المتحدة الأمريكية، تم أيضًا إنشاء مركبات إطلاق فضائية تعمل بالوقود الصلب بالكامل في اليابان والهند. منذ عام 1974، تم استخدام إصدارات مختلفة من مركبات الإطلاق ثلاثية المراحل من سلسلة Mu في اليابان. وتتمثل ميزتها في وجود معززات تعمل بالوقود الصلب في المرحلة الأولى، والتي تخلق لفترة قصيرة قوة دفع إضافية إلى قوة دفع المحرك الصاروخي الرئيسي الذي يعمل بالوقود الصلب. على سبيل المثال، نشير إلى خصائص المحرك لأحد المتغيرات لمركبة الإطلاق من سلسلة Mu (بوزن إطلاق يبلغ 42 طنًا): دفع محركات الصواريخ الرئيسية التي تعمل بالوقود الصلب (وفقًا لترتيب التضمين) - 867، 279 و 57 كيلو نيوتن، وقت التشغيل - 61 و 69 و 53 على التوالي. تستخدم مركبة الإطلاق هذه 8 مسرعات يبلغ قطرها 0.3 متر وقوة دفع 95 كيلو نيوتن، وتعمل لمدة 8 ثوانٍ.

وبالتالي، فإن قوة دفع مركبة الإطلاق تبلغ حوالي 1630 كيلو نيوتن وتبدأ مركبة الإطلاق بتسارع يبلغ حوالي 4 ز. في السنوات الأخيرة، استخدمت المرحلتان الأوليان من مركبة الإطلاق من سلسلة Mu محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب مزودة بأنظمة التحكم في ناقلات الدفع (على وجه الخصوص، يتم استخدام حقن السائل في الفوهة)؛ يتم تثبيت المرحلة الثالثة عن طريق الدوران. يصل ارتفاع المركبات منخفضة الجهد إلى 25 مترًا ويبلغ الحد الأقصى لقطر الجسم 1.4 مترًا (باستثناء المعززات)؛ وزن الإطلاق يتجاوز 50 طنا.

كان التناظرية للنسخة الأصلية من الصاروخ الكشفي عبارة عن مركبة إطلاق تعمل بالوقود الصلب تم إنشاؤها مؤخرًا في الهند. يبلغ ارتفاع هذا الصاروخ المكون من أربع مراحل 23 مترًا ويبلغ قطر جسمه الأقصى 1 مترًا، وبكتلة إطلاق تبلغ 17 طنًا، ويجب عليه إطلاق حمولة تبلغ 40 كجم في مدار أرضي منخفض على ارتفاع 400 كيلومتر. لم ينجح إطلاق مركبة الإطلاق هذه في أغسطس 1979.

محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب للمركبات الفضائية.بادئ ذي بدء، سننظر في محركات الوقود الصلب، والتي تستخدم على نطاق واسع لإنشاء دفعة تسارع نهائية عند إطلاق المركبات الفضائية في مدارات قريبة من الأرض، والتي يتطلب تحقيقها تكاليف طاقة كبيرة، وعلى مسارات بين الكواكب. على سبيل المثال، كانت غالبية الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض التي تم إطلاقها حتى الآن مجهزة بمحركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب غير قابلة للفصل، والتي تم تضمينها مباشرة في تصميم المركبة الفضائية.

في السابق، قمنا بفحص تسلسل العمليات عند إطلاق قمر صناعي ثابت بالنسبة للأرض، وقصرنا على لحظة انتهاء تشغيل المرحلة الأخيرة من مركبة الإطلاق، وبالتالي دخول القمر الصناعي إلى مدار النقل الثابت بالنسبة للأرض. دعونا نحاول الآن حساب خصائص المحرك الصاروخي الموجود على متن القمر الصناعي الذي يعمل بالوقود الصلب، إذا كان من المعروف من حساب مسار الرحلة أنه من أجل إكمال المناورة النهائية للقمر الصناعي، من الضروري توفير سرعة إضافية ? الخامس؟ 1840 م/ث. يتم إنشاء نبضة التسارع المقابلة عند أوج مدار النقل، وفي هذه الحالة يُطلق على المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب الموجود على متن الطائرة اسم الأوج.

دعونا بالإضافة إلى ذلك نضع البيانات الأولية التالية: كتلة القمر الصناعي في لحظة الانفصال عن مرحلة الصاروخ هي 1000 كجم، والدافع المحدد لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب ( أناذ) 2850 م/ث، احتياطي الوقود الصلب 90% من الكتلة الإجمالية للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب. دعونا نستخدم صيغة تسيولكوفسكي المعروفة، والتي نكتبها لحالتنا في النموذج: ? الخامس = أناسجل ذ[( متي+ مك+ مبغ)/( مك+ م PG)]، حيث م T - كتلة الوقود، م K هي كتلة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، م PG هي كتلة الحمولة (أي القمر الصناعي باستثناء محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب). باستبدال البيانات الأولية في هذه الصيغة، نحصل على القيم (المقربة) التالية (بالكيلوغرام): متي = 465، مك = 50، م PG = 485 (مجموع هذه الأرقام هو 1000). مزيد من مضاعفة القيم متي و أنا ذ، نحصل على الدفع الإجمالي للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب: 1325 كيلو نيوتن ثانية.

من حيث المبدأ، يمكن تحقيق هذه القيمة من خلال التأثير قصير المدى للدفع العالي ومن خلال التأثير طويل المدى للدفع المنخفض. عند اختيار معلمات محددة لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، من الضروري مراعاة الأحمال الزائدة المسموح بها على هيكل المركبة الفضائية بأكملها وعناصرها الفردية، فضلاً عن الخصائص الباليستية للوقود الصلب المستخدم، وتأثير الضغط في غرفة الاحتراق على كتلة الهيكل، على الأبعاد والنبض المحدد، وما إلى ذلك. في نهاية المطاف، تبين أن وقت العمل المميز لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب على متن الطائرة هو حوالي 40 ثانية، والتي، مع القيمة المذكورة أعلاه للإجمالي الدافع، يتوافق مع متوسط ​​​​(خلال وقت التشغيل) التوجه ~ 30 كيلو نيوتن. هذه المعلمات هي نفس ترتيب محركات المرحلة العليا لمركبة الإطلاق دلتا، والتي تناولناها في القسم المقابل.

من حيث التصميم والمظهر، فإن المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب للمركبات الفضائية لا تختلف أيضًا عن محركات المراحل العليا لمركبة الإطلاق. لذلك، يمكن بسهولة أن يُنسب كلا المحركين الصاروخيين اللذين يعملان بالوقود الصلب إلى نفس فئة المحركات، خاصة وأن المراحل العليا التي تعمل بالوقود الصلب يتم تشغيلها في الغالب بعد الوصول إلى السرعة الكونية الأولى، أي يمكن اعتبارهما مركبة فضائية. ويشمل ذلك أيضًا محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في المراحل العليا - مراحل الصواريخ الموحدة، والتي يتم تضمينها أيضًا في المدارات القريبة من الأرض ويمكن استخدامها كجزء من مركبات الإطلاق المختلفة لإطلاق الأقمار الصناعية ولتسريع المحطات الآلية بين الكواكب.

على وجه الخصوص، تم استخدام محركات Star-37، المعروفة لنا بالفعل، على نطاق واسع في المراحل العليا، وقد تم استخدامها في إطلاق المركبة الفضائية بين الكواكب Voyager، والتي تمت مناقشتها في الصفحة 38. الكتلة الأولية للمراحل العليا. كان 1.22 طن، مع الأخذ في الاعتبار 1060 كجم من الوقود الصلب، وبعد استهلاكه زادت سرعة المركبة الفضائية بمقدار 2 كم/ه. تم تثبيت هذه الكتل باستخدام محركات صغيرة تعمل على الوقود الأحادي السائل (الهيدرازين)،

تُستخدم المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب أيضًا على متن المركبات الفضائية وفي المركبات الفضائية الأوتوماتيكية بين الكواكب، حيث تعمل كمحركات كبح تنتج دفعة دفع صغيرة نسبيًا. وبعد الانتهاء من العمل، يتم فصل هذه المحركات التي تعمل بالوقود الصلب عن المركبة الفضائية.

في 1961-1962 تم تركيب محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب للكبح بقوة دفع تبلغ حوالي 23 كيلو نيوتن وكتلة 95 كجم (بجسم بلاستيكي) في مركبة رينجر الفضائية من أجل تخفيف سرعة سقوط حاوية الأداة على سطح القمر (الشكل 12). ). كان من المفترض أن يتم تشغيل المحرك على ارتفاع 16 كم وأن يعمل لمدة 10 ثوانٍ حتى ارتفاع 330 مترًا، وبعد ذلك، كان من المفترض أن تسقط حاوية رينجر الكروية سقوطًا حرًا، لتصطدم بالتربة القمرية بسرعة 33 مترًا. /ق، وضمان سلامة الأدوات العلمية. وفقا لمختلف أسباب فنيةانتهى إطلاق جميع المركبات الفضائية رينجر من النوع المحدد بالفشل. لكن الرحلات الجوية كانت ناجحة في 1966-1968. العديد من المركبات الفضائية Surveyor، عند الهبوط على سطح القمر، تم استخدام محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب على متن الطائرة، مما يضمن انخفاض سرعة المركبة الفضائية إلى 120 م / ث (تم تضمين محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل لاحقًا للهبوط الناعم). من حيث معلماته، فإن محرك الدفع الصلب هذا قريب من تعديله، والذي تم استخدامه لاحقًا كجزء من مركبة الإطلاق دلتا.

عند هبوط المركبة الفضائية ميركوري (1962-1963) وجيميني (1965-1966)، ضمنت محركات الوقود الصلب هبوطها من مدار الأرض إلى مسار الهبوط. يحتوي نظام دفع الكبح لسفينة ميركوري على ثلاثة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب (الشكل 13) يبلغ قطر جسمها 300 ملم، وقوة دفع لكل منها 4.45 كيلو نيوتن ووقت تشغيل يبلغ 10 ثوانٍ. تم تفعيل هذه المحركات (يظهر موقعها في الشكل 5) بواسطة رائد الفضاء نفسه باستخدام النظام اليدويإدارة.

أرز. 12. المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب للمركبة الفضائية Ranger-3:

1 - فوهة الترويج؛ 2 - غلاف الوقود الدافع الصلب؛ 3- مكابح المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب

أرز. 13. كبح المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لمركبة ميركوري الفضائية

يتكون نظام مكابح جيميني من أربعة محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب بأجسام كروية (مصنوعة من سبائك التيتانيوم) يبلغ قطرها حوالي 320 ملم، مع كتلة أولية تبلغ 31 كجم. تم تجهيز محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بوقود مختلط يحتوي على بيركلورات الأمونيوم ورابط الوقود متعدد الكبريتيد والألومنيوم. عندما تم حرق هذا الوقود، تطورت قوة دفع تبلغ حوالي 11 كيلو نيوتن. على عكس Mercury، لم يتم تنشيط محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في Gemini في وقت واحد، ولكن بالتتابع - واحدة تلو الأخرى:

تم أيضًا توفير نظام مكابح الوقود الصلب في مركبة فوسخود الفضائية (1964-1965) كنسخة احتياطية: كان من المفترض أن يتم تشغيله في حالة فشل نظام الوقود الدفعي السائل (والذي أظهر تشغيلًا موثوقًا به) .

في السبعينيات، تم استخدام مكابح المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في المركبات الفضائية لاستكشاف المريخ والزهرة. وفي الصفحة 28 تم ذكر أحد هذه المحركات التي كانت تضمن نقل المركبات ذات الأصل السوفييتي. المركبة الفضائية Mars-2 وMars-3 من مسار الرحلة إلى مسار الالتقاء بالكوكب. يظهر الشكل 1 هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب بقوة 4 كيلو نيوتن ووقت تشغيل يبلغ 55 ثانية. 7 كجزء من المركبة الفضائية. في الآونة الأخيرة، في ديسمبر 1978، كفل محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب على متن الطائرة بقوة 18 كيلو نيوتن نقل المركبة الفضائية الأمريكية Pioneer-Venera-1 (الكتلة الأولية 550 كجم) من مسار الرحلة إلى مدار كوكب الزهرة، مما أدى إلى تغيير سرعة المركبة الفضائية 1060 م/ث. يحتوي غلاف المحرك الكروي الذي يبلغ قطره 622 ملم على حوالي 200 كجم من الوقود الصلب، والذي تم استهلاكه في حوالي 30 ثانية. تم استخدام نفس المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب سابقًا كمحرك الأوج على متن الأقمار الصناعية Skynet المستقرة بالنسبة إلى الأرض.

آفاق تطوير الصواريخ الفضائية الصلبة

اتجاهات البحث والنتائج المحققة.بادئ ذي بدء، تجدر الإشارة إلى العمل المتعلق بتعديل الوقود الصاروخي الموجود أو البحث عن وقود صاروخي صلب جديد. وفي الوقت نفسه، تم إيلاء أهمية خاصة لسبل تحسين خصائص الوقود. يعد تطوير تركيبات الوقود أمرًا صعبًا لأنه في كثير من الأحيان تؤدي العوامل التي تعمل على تحسين جودة ما إلى حدوث تغيير غير مرغوب فيه في جودة أخرى.

في السنوات المقبلة، يبدو أن احتمالات زيادة الدفع النوعي لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب من خلال استخدام أنواع الوقود الأكثر كفاءة محدودة للغاية. أكبر زيادة في هذه المعلمة - حوالي 200 م / ث (أي 7٪) يمكن توقعها من استخدام الوقود المعدني المحتوي على البريليوم بدلاً من الألومنيوم. يتم تفسير الزيادة في النبض النوعي في هذه الحالة بانخفاض الوزن الجزيئي للوقود (نظرًا لأن البريليوم أقل بثلاث مرات من الألومنيوم) مع زيادة في درجة حرارة احتراقه. حتى الآن، تم إنشاء واختبار عينات من محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب والتي تعمل بالوقود المحتوي على البريليوم، ولكن تنفيذها على نطاق واسع يعوقه السمية العالية للغاية للبريليوم (وبالتالي منتجات احتراق الوقود)؛ علاوة على ذلك، البريليوم باهظ الثمن. لذلك، على ما يبدو، لن يجد هذا الوقود تطبيقا إلا في محركات الوقود الصلب الصغيرة نسبيا، والتي من المتصور إدراجها بالفعل في الفضاء.

يمكن الحصول على زيادة أخرى في الدفع النوعي بحوالي 200 م/ث أخرى باستخدام الهيدريد (BeH 2) بدلاً من البريليوم. ومع ذلك، فإن هذا يعوقه (بالإضافة إلى السمية) عدم الاستقرار الكيميائي للمركب ("تسرب" الهيدروجين أثناء التخزين) وصعوبة تحضير تركيبات كثيفة بما فيه الكفاية. تجدر الإشارة إلى أن الوقود الجديد المحتوي على المعدن الذي تناولناه يتميز بكثافة أقل عند دفعة محددة أعلى (وهو عيب)، حيث أن البريليوم في هذه المعلمة أدنى من الألومنيوم بنحو 1.5 مرة، وهيدريد البريليوم بمقدار 1.5 مرة تقريبًا. أكثر من 4 مرات.

يمكن زيادة خصائص الطاقة للوقود الصلب من خلال استخدام المؤكسدات الأكثر نشاطًا والمجلدات القابلة للاحتراق. وفقًا للحسابات، فإن استخدام بيركلورات النيترونيوم NO 2 ClO 4 في الوقود المختلط (بدلاً من بيركلورات الأمونيوم، الذي يحتوي على ما يقرب من نصف كمية الأكسجين) يوفر زيادة في الدفع النوعي تصل إلى 300 م/ث. ومع ذلك، فإن استخدام هذا المؤكسد الجديد يعوقه استرطابيته، وضعف توافقه مع المواد الرابطة المثبتة، وقابليته للانفجار. ومن أجل تقليل حساسية بيركلورات النترونيوم للمؤثرات الخارجية، تم اقتراح، على وجه الخصوص، معالجتها بالأمونيا الغازية، مما يؤدي إلى تكوين طبقة سطحية "سلبية" من بيركلورات الأمونيوم. تمنع الحساسية العالية استخدام مواد ربط الفلورامين التي تحتوي على ذرات F وN وH في الوقود المختلط؛ من حيث النبض النوعي، فإن هذا الوقود سيكون معادلاً للوقود ثنائي القاعدة المعدل الذي يحتوي على أوكتوجين.

وبنفس الطرق التي يتم بها زيادة النبض النوعي، يمكن تحسين الخصائص الأخرى للوقود الصاروخي الصلب: الكثافة، الخصائص الميكانيكيةوالاستقرار وقابلية التصنيع. الخاصية المرغوبة للوقود الصلب هي قابليته للبلمرة عند درجة الحرارة العادية. وهذا يجعل من الممكن تبسيط العملية التكنولوجية لتصنيع المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب والمعدات المستخدمة في هذه العملية، وكذلك تجنب الضغوط الحرارية في شحنة الوقود (التي تنشأ أثناء البلمرة في درجات حرارة مرتفعة). ولهذا الغرض، تم اقتراح محفزات مختلفة، يؤدي إدخالها في نفس الوقت إلى تحسين الخواص الميكانيكية للشحنة.

يعتبر أيضًا استخدام ما يسمى بالمضافات متعددة الوظائف والمعقدة، والتي تجعل من الممكن الحصول على الوقود الصلب بمزيج مثالي معين من الخصائص، فعالًا أيضًا. ويمكن أيضًا تحقيق التأثير المطلوب من خلال تغيير هيكل المكونات المعروفة، باستخدام طرق جديدة لتصنيعها أو معالجتها، وكذلك تغيير التكنولوجيا الكيميائية لإعداد الوقود.

لضمان التشغيل طويل المدى لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب دون تدهور الخصائص الأولية، فإن تطوير مواد هيكلية ومواد عازلة للحرارة مقاومة للتآكل، وكذلك طرق تصنيع الأجزاء منها، له أهمية كبيرة. وينطبق هذا بشكل خاص على هذا الجزء المجهد من محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب مثل عنق الفوهة. حتى وقت قريب، كانت حلوق المحركات الصاروخية الكبيرة التي تعمل بالوقود الصلب، والمصممة للتشغيل على المدى الطويل واستخدام الوقود عالي الكفاءة، تستخدم حلقات من الجرافيت الحراري مع أجزاء أخرى أو نسيج من الجرافيت ملفوف من الشريط. يميل الهيكل الأول إلى التقصف أثناء التشغيل، بينما يتعرض الهيكل الثاني إلى تآكل كبير.

هذه العيوب خالية من الفوهات التي تم إنشاؤها حديثًا، والتي يتم تصنيع أعناقها عن طريق لف مادة الكربون الكربوني (هنا ألياف تقوية وموثق كربون)، باستخدام أقمشة ذات اتجاه ثلاثي الأبعاد (ثلاثي الأبعاد) للألياف. الأجزاء التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة تدرك في نفس الوقت الأحمال الحرارية والميكانيكية (ضغط الغاز). وقد تم تأكيد موثوقية التصميم الجديد ومقاومته العالية للتآكل من خلال اختبارات المحركات الصاروخية التجريبية التي تعمل بالوقود الصلب. لقد أظهروا أن الفوهة يمكن أن تتحمل بنجاح منتجات احتراق الوقود المختلط بمحتوى ألومنيوم بنسبة 18% لمدة 150 ثانية: متوسط ​​معدل تآكل الرقبة لا يتجاوز 0.04 - 0.05 مم/ثانية. يفتح هذا الظرف فرص وافرةلاستخدام أنواع وقود جديدة وأكثر كفاءة في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب ولزيادة وقت تشغيل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب.

تقع نسبة كبيرة (40-50٪) من كتلة هيكل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب على الجسم. ولذلك، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لزيادة قوة المواد الإنشائية. يمكن تعزيز خصائص السبائك المعدنية المتقنة عن طريق المعالجة الحرارية المناسبة. ومع ذلك، فإن استخدام السبائك المعدنية الجديدة وطرق المعالجة التكنولوجية يعوقه القيود الاقتصادية: ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أن معايير الطاقة للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لا تتزايد فحسب، بل تزيد أيضًا من تكلفته.

تنفتح آفاق أخرى لتحسين محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب فيما يتعلق باستخدام المواد الهيكلية المصنوعة من البلاستيك العضوي في محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. تتمتع هذه المواد البلاستيكية ذات الحشوات المعززة على شكل ألياف عضوية بخصائص ميكانيكية أعلى بكثافة أقل من بلاستيك الألياف الزجاجية. تبلغ القوة النوعية للمواد البلاستيكية العضوية المستخدمة بالفعل مع مادة رابطة إيبوكسي حوالي 75 كم. ومن المتوقع أن يرتفع هذا الرقم في المستقبل القريب إلى 90 - 100 كم من خلال تحسين خصائص ألياف التسليح واستخدام أفضل مواد رابطة الراتنج. يمكن للطريقة الأخيرة أيضًا زيادة مقاومة المواد البلاستيكية لقص الطبقات البينية، وبالتالي تقليل حجم ووزن الأجزاء المتصلة بالهيكل. عيب المواد البلاستيكية العضوية الحديثة هو تكلفتها العالية النسبية (مقارنة بالألياف الزجاجية). ومع ذلك، مع تزايد استخدام هذه المواد على نطاق واسع، ستنخفض تكاليفها بشكل مطرد.

في السنوات الأخيرة، تم إحراز تقدم كبير في مجال مواد العزل الحراري: تم إنشاء واستخدام تركيبات تتميز بزيادة مقاومة التآكل بكثافة منخفضة (10-15٪) (على سبيل المثال، المواد البلاستيكية المملوءة بالكرات المجهرية) ، الكربون السائب).

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه تم تحقيق خطوات كبيرة في إنشاء أنظمة وضوابط فعالة لناقل الدفع للمحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، والتي تتميز بالموثوقية العالية والسرعة وانخفاض استهلاك الطاقة وانخفاض الوزن ولا تؤدي إلى ضرر ملحوظ. خسائر في الدفع النوعي للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب (الناجمة عن انقطاع تدفق الغاز في الفوهة وانحراف التيار النفاث). ومن أمثلة عناصر التحكم هذه المحامل المرنة، المستخدمة على سبيل المثال في محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، والتي تم وصفها في الصفحة 34، أو ما يسمى بالمحامل السائلة، والتي تتمثل خصوصيتها في وجود سائل السيليكون العضوي الذي يملأ مساحة مغلقة حول عنق الفوهة عند نقطة التأرجح. عندما تنحرف الفوهة (باستخدام المحركات)، يتدفق هذا السائل من تجويف إلى آخر، بحيث يظل الحجم الإجمالي الذي يشغله دون تغيير. يتيح لك هذا التصميم تحويل الفوهة بسرعة 40 درجة/ثانية، مع تطبيق قوة قليلة جدًا.

يتم تنفيذ العديد من أحدث التطورات في محركات الصواريخ الصلبة في تصميمات محركات الصواريخ الصلبة التي يتم تطويرها لقاطرة الفضاء IUS. سيتم إطلاق هذا الجهاز، الذي يعني اسمه الكامل من الإنجليزية "المرحلة العليا بالقصور الذاتي"، إلى مدارات أرضية منخفضة باستخدام المكوك الفضائي أو مركبة الإطلاق Titan-3. يعتمد تصميم IUS على استخدام وحدتين أساسيتين لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب: الكبيرة والصغيرة، والتي يتم عرض معلماتها في الجدول الوارد في الصفحة 57.

عند تحليل معلمات محركات IUS الواردة في الجدول، تجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن وقت التشغيل الاسمي لأكبرها (152 ثانية) هو رقم قياسي لمحركات الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب. وصلت كتلة الوقود النسبية لهذا المحرك أيضًا إلى مستوى قياسي - 94.6٪ ؛ وبالتالي، يمثل الهيكل حوالي 5٪ من كتلة المحرك الصاروخي المجهز بالوقود الصلب.

معلمات محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب لقاطرة الفضاء IUS

المعلمة صاروخ كبير يعمل بالوقود الصلب محرك صغير يعمل بالوقود الصلب الارتفاع، م 2.97 1.90 قطر الهيكل، م 2.31 1.61 الكتلة الإجمالية، كجم 102502910 كتلة الوقود النسبية،٪ من الإجمالي 94.6 93.3 إجمالي دفعة الدفع، كيلو نيوتن ثانية 279007760 الدفع الأقصى، كيلو نيوتن 266 106 وقت التشغيل، ق 152 106 دفعة محددة، م / ث 2863 2841

يمكن تحسين هذا الأداء القياسي باستخدام مواد بلاستيكية هيكلية تعتمد على راتنجات عالية الحرارة في أغطية محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، وتكون قادرة على العمل في درجات حرارة تتراوح بين 650 و700 كلفن. وهذا من شأنه أن يقلل من كتلة العزل الحراري. وفي المستقبل، يمكننا أن نتوقع أيضًا استخدام مواد عازلة للحرارة تعتمد على الوقود الصلب بطيء الاحتراق. من أجل تقليل وزن تصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، يتم استكشاف إمكانية لف الأغلفة البلاستيكية مباشرة على شحنات الوقود دون استخدام الشياق التكنولوجية. إذا نجح هذا العمل، فلن تصبح أدوات التثبيت غير ضرورية فحسب، بل سيتم أيضًا تبسيط عملية تصنيع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب.

بالإضافة إلى أنظمة التحكم في ناقلات الدفع المستخدمة في المحركات الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب، هناك نظام ديناميكي للغاز (مبدأ تشغيله موضح في الصفحة 36)، تم تحسينه باستخدام منتجات الاحتراق التي تم إزالتها من حجرة المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب نفسه، ويمكن أيضًا استخدامه كغاز تحكم. تكمن الصعوبة الرئيسية هنا في إنشاء صمامات يمكنها العمل في بيئة غازية ذات درجة حرارة عالية.

من الإنجازات التقنية الهامة تطوير الفوهات ذات الأشكال المتغيرة في السنوات الأخيرة. يتكون جزء المخرج (الموسع) من عدة أجزاء، عند تحريكها تتوسع الفوهة مثل أنبوب تلسكوبي أو تفتح مثل المظلة. ومن بين المجالات المباشرة لتطبيق هذه الهياكل هي المراحل العليا من مركبات الإطلاق والمركبات الفضائية. قبل تشغيل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، ستكون فوهاتها في وضع مطوي، مما سيقلل بشكل كبير من حجم ووزن حجرات انتقال الصواريخ. ونتيجة لذلك، يمكن زيادة كتلة الحمولة إلى نفس المدى الذي يحدث عند زيادة الدفع النوعي لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بمقدار 100-250 م/ث. من المفيد أيضًا استخدام الفوهات ذات الهندسة المتغيرة في محركات المراحل الأولى لمركبة الإطلاق: حيث أن فتحها التدريجي مع صعود الصواريخ سيضمن تمدد نفاث الغاز النفاث إلى ضغط قريب من المحيط، وهذا شرط للحصول على أقصى دفعة محددة.

على الرغم من أن محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بسيط في تصميمه، إلا أن تشغيله الموثوق لا يمكن تحقيقه إلا من خلال الالتزام الصارم بالعمليات التكنولوجية الراسخة المستخدمة في تصنيع المحرك. وإلى جانب تحسين هذه العمليات، يجري البحث عن وسائل وأساليب تضمن مراقبة جودة موثوقة لمحركات الصواريخ المصنعة التي تعمل بالوقود الصلب. وآخر الابتكارات في هذا المجال هو جهاز المسح الإلكتروني الذي يتكون من مصدر إشعاعي عالي الطاقة وشاشة استقبال وكاميرا تلفزيونية حساسة. باستخدام مثل هذا الجهاز، يتم التحكم في جودة المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب على كامل سطح الجسم مع تسجيل النتائج على شريط فيديو.

مجالات جديدة لتطبيق محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب.حتى الآن، لم تُستخدم المحركات التي تعمل بالوقود الصلب إلا بشكل قليل على متن المركبات الفضائية المتجهة إلى كواكب أخرى. أحد أسباب عدم استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مطلقًا تقريبًا عند إطلاق المركبات الفضائية من مسارات بين الكواكب إلى مدارات قريبة من الكواكب هو التسارع المفرط الذي يمكن نقله إلى تصميم ومعدات مركبة فضائية معينة عند تشغيل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. لذلك من الضروري أن يطور المحرك كمية صغيرة من الدفع على مدى فترة زمنية طويلة إلى حد ما. وقد تم إحراز تقدم كبير في هذا الاتجاه في السنوات الأخيرة، وأصبح من الممكن إنشاء محركات صاروخية فعالة تعمل بالوقود الصلب تعمل لمدة 250 ثانية. يتم ضمان المستوى المنخفض المطلوب من الدفع، على وجه الخصوص، من خلال تحقيق (عن طريق اختيار تركيبة محددة وتطوير تكنولوجيا تصنيع الشحن) معدل حرق وقود منخفض جدًا (حوالي 3 مم/ ثانية)، والحفاظ على ضغط تشغيل منخفض في الغرفة (0.7 MPa أو أقل)، بالإضافة إلى احتراق الشحنة على طول السطح النهائي.

إن هذه التطورات وغيرها في مجال محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، والتي تمت مناقشتها أعلاه، تفتح فرصًا لاستخدام محركات الدفع الصلب على نطاق أوسع في الفضاء القريب والعميق. تظهر دراسات التصميم، على سبيل المثال، أن محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب قد يكون محركًا مناسبًا تمامًا لإطلاق مركبة مع عينة من التربة من سطح المريخ.

تعتمد احتمالات استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في الملاحة الفضائية إلى حد كبير على ما إذا كان من الممكن تطوير طرق ووسائل مقبولة لإيقاف تشغيل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بشكل متكرر أثناء الطيران وتنظيم مقدار الدفع. تجذب سرعة المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، إلى جانب الصفات الإيجابية الأخرى، اهتمامًا خاصًا لهذه المحركات من مطوري أنظمة التحكم في الطائرات النفاثة لمسار الرحلة والموقع المكاني للمركبة الفضائية. ومع ذلك، يجب تشغيل محركات هذه الأنظمة عدة مرات - ما يصل إلى عدة مئات الآلاف من المرات، على سبيل المثال، لأقمار الاتصالات الأرضية، المصممة لعدة سنوات من التشغيل.

بشكل أساسي بطريقة بسيطةلضمان التشغيل المتعدد لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، يُقترح استخدام شحنة متعددة الأقسام (ما يسمى بالرقاقة)، ​​حيث يتم فصل الأقسام المجاورة بواسطة حشوات عازلة للحرارة، ولكل قسم نظام إشعال خاص به. ومع ذلك، نظرًا للتعقيد المتزايد والوزن والتكلفة لتصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب مع زيادة عدد الأقسام، فإن عددها في الممارسة العملية، في أحسن الأحوال، يمكن أن يصل إلى عدة عشرات (تم إنشاء محركات الصواريخ التجريبية التي تعمل بالوقود الصلب و تم اختباره على مقاعد الاختبار).

أدت محاولات التغلب على القيود الحالية على عدد الادراج لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب إلى إنشاء تصميمات تجريبية غير عادية تمامًا. أحدهم يشبه مسدس الأطفال، ويطلق النار بأغطية مطبقة على الشريط. "المكابس" عبارة عن محركات صاروخية مصغرة تعمل بالوقود الصلب بقوة دفع تبلغ عدة نيوتن، وتحترق خلال حوالي 0.1 ثانية. ومن خلال تغذية هذه "المكابس" بشكل مناسب، يتم تحقيق دفعة الدفع الكاملة المطلوبة في الوقت الحالي. ومع ذلك، لا يمكن للجهاز الموصوف التنافس مع محركات الصواريخ السائلة الحديثة ذات الدفع المنخفض، والتي يتم استخدامها بنجاح في تلك المناطق التي تم فيها استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب تقريبًا أو لم يتم استخدامها على الإطلاق.

أما بالنسبة لتنظيم قيمة الدفع لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، فإن الطريقة الأكثر تطورًا حاليًا هي تغيير منطقة عنق الفوهة عن طريق تحريك إبرة جانبية ("الجسم المركزي") مثبتة على طول محور الفوهة ميكانيكيًا. نظرًا لأن التغيير في منطقة تدفق الفوهة يؤدي إلى تغير معاكس في الضغط في الحجرة، فإن اعتماد الدفع على حركة الإبرة أمر معقد للغاية. مع تركيبة الوقود المناسبة، يمكن أن يضمن الفتح الكامل لعنق الفوهة إطفاء الشحنة. يمكن إعادة إشعال محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب باستخدام جهاز إشعال متعدد الشحنات. ومع ذلك، في محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب، لا يتم استخدام نظام التحكم في الدفع الموصوف، لأنه يؤدي إلى تعقيد كبير ووزن الهيكل (بالإضافة إلى عواقب أخرى غير مرغوب فيها).

يمكن تعديل دفع محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب ضمن حدود معينة عن طريق إدخال الغاز أو السائل إلى الغرفة. ترتبط عيوب هذه الطريقة بوجود مادة عمل مساعدة في نظام الدفع.

محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب ومشكلة حماية البيئة.ترتبط آفاق تطوير واستخدام محركات الوقود الصلب ارتباطًا مباشرًا بمشكلة حماية البيئة، والتي تحظى حاليًا باهتمام متزايد. إن أنواع الوقود الفعالة المستخدمة في محركات الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب بعيدة كل البعد عن الكمال في هذا الصدد. على سبيل المثال، مع كل إطلاق لمكوك الفضاء، ينبغي إطلاق حوالي 1000 طن من منتجات احتراق الوقود الصلب التي تحتوي على أكثر من 100 طن من كلوريد الهيدروجين الغازي في الغلاف الجوي. ويتركز جزء كبير من هذه المنتجات في سحابة تتحرك أفقيا تحت تأثير الرياح على ارتفاع أقل من 1-1.5 كم، والجزء السفلي من هذه السحابة قريب من الأرض. تم الإعراب عن مخاوف من أنه في حالة زيادة الرطوبة الجوية، يمكن أن تتساقط أمطار سامة تحتوي على حمض من السحابة على مسافات تصل إلى 100 كيلومتر من مجمع الإطلاق. في الماضي، لوحظت بالفعل حالات تلف الغطاء النباتي بسبب هطول الأمطار نتيجة تشغيل محركات صاروخية كبيرة تعمل بالوقود الصلب على مسافات تصل إلى عدة كيلومترات. وفي هذا الصدد، فإن مراعاة ظروف الأرصاد الجوية في منطقة الإطلاق له أهمية خاصة. كما تم الإعراب عن مخاوف من أن منتجات احتراق محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب أثناء الإطلاق المتكرر للمكوك الفضائي يمكن أن تؤدي إلى تدمير طبقة الأوزون في الغلاف الجوي العلوي. (إن آلية هذا التدمير، ذات الطبيعة التحفيزية، ترتبط مرة أخرى بكلوريد الهيدروجين، الذي يتكون منه الكلور الحر بسبب التحلل الضوئي، مما يؤثر على الأوزون.) ولم تؤكد الدراسات التفصيلية للمشكلة هذا الخوف. ومع ذلك، تم النظر في أنواع الوقود الأخرى، والتي، إذا لزم الأمر، يمكن استخدامها بدلا من المقبولة.

أما بالنسبة لحرق بقايا الوقود الصلب غير الضرورية، فقد حظرت السلطات المحلية ذلك بالفعل في عدد من مناطق الولايات المتحدة. بحثا عن طريقة للخروج من هذا الوضع، تم بذل محاولات مشجعة لتقسيم الوقود المختلط إلى مكونات فردية (مؤكسد، رابط الوقود، الألومنيوم). يُقترح أيضًا استخدام ما تبقى من الألومنيوم ومادة رابطة الوقود أو الوقود المسحوق لإنتاج المتفجرات.

ولا يقتصر الخطر على البيئة على منتجات احتراق محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، بل يشمل أيضًا المواد الداخلة فيها العمليات التكنولوجيةصناعة الوقود الصلب: الأسبستوس والألياف الأخرى، والمصلبات العضوية والمذيبات، وما إلى ذلك. وفي السنوات العشر إلى العشرين القادمة، من المتوقع أن تزداد المتطلبات من هذه المواد والعمليات فيما يتعلق بسلامتها، مما قد يؤدي إلى زيادة في تكلفة محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. ومع ذلك، لا يعتبر هذا الظرف حاليًا عاملاً يمكن أن يكون له تأثير سلبي على تطوير واستخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب.

لذلك، يمكننا القول بثقة معقولة أنه في المستقبل المنظور، لن تفقد المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في الفضاء دورها، وأن الجمع العقلاني بين المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب مع المحركات التي تعمل بالوقود السائل في الأنظمة الصاروخية والفضائية سيظل شرطًا أساسيًا مهمًا لتطوير الملاحة الفضائية. في الختام، دعونا نقول بضع كلمات عن الآفاق المباشرة لاستخدام محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود الصلب. وترتبط في المقام الأول بأنظمة النقل الفضائية التي يتم تطويرها في الولايات المتحدة. تشمل هذه الأنظمة مكوكات قابلة لإعادة الاستخدام مع قاطرات فضائية ومجموعات صواريخ أقل قوة (تُستخدم في الحالات التي لا يكون فيها استخدام القاطرات فعالاً من حيث التكلفة).

في المحدد أنظمة النقلتم تخصيص محركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب دور كبير. تشكل المحركات القوية التي تعمل بالوقود الصلب والقابلة لإعادة الاستخدام أساس المرحلة الأولى من المكوكات، وقد تم تصميم القاطرات والوحدات الصاروخية المماثلة حصريًا لتركيب محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. ويعتقد أنه خلال الثمانينيات ستكون هذه الأجهزة هي الوسيلة الرئيسية لإطلاق الحمولات إلى الفضاء من الأراضي الأمريكية.

وفي حين تخطط الولايات المتحدة للتقاعد من مركبات الإطلاق المتقدمة ذات الاستخدام الواحد، فإن دولًا أخرى ستستمر في استخدام مثل هذه الصواريخ وتطويرها. وهذا يعني، على وجه الخصوص، أن محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب سيستمر استخدامها كجزء من الإصدارات المختلفة لمركبة الإطلاق دلتا، المصنعة في اليابان بموجب تراخيص أمريكية. وبالإضافة إلى ذلك، ينص برنامج الفضاء الياباني على مواصلة تحسين مركبات الإطلاق التي تعمل بالوقود الصلب بالكامل والتي تم إنشاؤها في هذا البلد. يعد تطوير وتطبيق مركبات الإطلاق هذه أيضًا جزءًا من البرنامج الوطني للهند. علاوة على ذلك، وفي إطار برنامج الفضاء الأوروبي، يجري تطوير إصدارات محسنة من مركبة الإطلاق Ariane، المصممة لتثبيت معززات الوقود الصلب. وسيبدأ استخدامها بعد فترة وجيزة من الرحلات الجوية التشغيلية الأولى لآريان. في الوقت الحاضر، لا يُتوقع فرض أي قيود على الاستخدام الواسع النطاق لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب كمحركات محمولة على متن الأقمار الصناعية. وأخيرا، سوف تستمر محركات الوقود الصلب في لعب دور في عمليات الدعم في رحلات الفضاء في المستقبل المنظور.

ملحوظات

1

حول محركات الصواريخ السائلة، انظر: V. N. Bychkov، G. A. Nazarov، V. I. Prishchepa. محركات الصواريخ الفضائية التي تعمل بالوقود السائل (سلسلة "الملاحة الفضائية، علم الفلك"، 9). - م: المعرفة، 1976.

2

وبالتالي، فإن المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب لا تشمل ما يسمى بمحركات التسامي، حيث يتم تحويل مادة عاملة صلبة (على سبيل المثال، بيكربونات الأمونيوم، هيدريد الليثيوم) إلى غاز أثناء التسامي، وتدفق هذا الغاز إلى الفضاء المحيط البيئة تؤدي إلى توليد التوجه. من الواضح تمامًا أنه في محرك التسامي، لا يتم استخدام الطاقة الكيميائية للمادة العاملة لإنتاج الدفع.

3

حول "المكوكات" انظر: V. I. Levantovsky. أنظمة مساحة النقل. - م. المعرفة، 1976.

4

في بعض الأحيان يتم استخدام اسم "دلتا" فقط للمرحلة الثانية من مركبة الإطلاق، وفي هذه الحالة يسمى الصاروخ بأكمله "ثور-دلتا"، حيث أن مرحلته الأولى عبارة عن صاروخ باليستي متوسط ​​المدى من نوع "ثور".

5

تم استخدام هذا المحرك أيضًا في 1965-1970. في المرحلة الثالثة من مركبة الإطلاق دلتا، وسابقًا تم استخدام محركات صاروخية أخرى تعمل بالوقود الصلب من المرحلة الرابعة من الصاروخ الكشفي. إن صواريخ دلتا التي تعمل بالوقود الصلب هي أنواع مختلفة من المحركات المستخدمة في المرحلة الثانية من مركبة الإطلاق الكشفية.

أنواع عمليات العمل غير المستقرة في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب CS.

1. تسمى العملية ذات التذبذبات الذاتية لمعلمات التشغيل، والتي تتجاوز خصائصها الحدود المحددة، بأنها غير مستقرة. يؤدي عدم استقرار محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب إلى تقليل موثوقية المحركات بشكل كبير، وتدهور خصائصها الباليستية، وزيادة وقت التطوير، وزيادة تكلفة الطائرة، ويمكن أن يؤدي إلى إتلاف المعدات الموجودة على متن الطائرة، وتدمير المحرك والطائرة.

النتائج المحتملة لحدوث عملية تشغيل غير مستقرة في غرفة الاحتراق لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب موضحة في الشكل 1: فشل نظام التحكم في الصاروخ بسبب السعات العالية للاهتزازات الميكانيكية المنقولة من محرك غير مستقر (الصور العليا)؛ مسار خارج التصميم ناتج عن اضطرابات باليستية مفرطة في معلمات المحرك (رسومات متوسطة) التدمير الميكانيكي للمحرك بسبب الزيادة المستمرة في الضغط في غرفة الاحتراق (الصور السفلية)؛

رسم بياني 1. بعض نتائج عدم استقرار محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب:

1 - تقلبات الضغط. 2 - القيمة الفعلية. 3- قيمة التصميم

تتجلى عمليات التشغيل غير المستقرة في غرفة الاحتراق لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب في المقام الأول في شكل تذبذبات ضغط غير منضبطة منخفضة وعالية التردد في الاتجاهات الطولية والعرضية والعرضية والعرضية بتردد من عدة هرتز إلى عدة عشرات من الكيلو هرتز . تظهر أمثلة على الأوضاع التذبذبية للمحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في الشكل. 2 و 3 في شكل رسوم بيانية مبنية على نتائج التجارب في الإحداثيات (انحراف الضغط بدون أبعاد) - (زمن تشغيل المحرك بدون أبعاد).

الصورة 2. الأشكال النموذجية لتقلبات الضغط منخفض التردد في غرفة الاحتراق لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب:

أ - صورة نوعية لتطور التذبذبات. ب - تطور التذبذبات الناجمة عن ذروة الضغط أثناء اشتعال الشحنة؛ ج - عدم استقرار التردد المنخفض بسبب ذروة الضغط أثناء بدء التشغيل، مما يؤدي إلى إطفاء الشحنة مع اشتعالها لاحقًا؛ د - مخطط ذبذبات اختبارات محرك يعمل بالوقود الصلب، عرضة للتذبذبات غير المستقرة مع تردد منخفض للغاية؛ د - تقلبات الضغط منخفضة التردد أثناء فترة بدء التشغيل

أرز. 3. تطور التذبذبات عالية التردد في الإحداثيات:

- وقت بلا أبعاد τ.

كما ترون، تختلف هذه الأوضاع تمامًا عن ظروف التشغيل المستقر للمحرك، عندما تتغير جميع معلمات التشغيل ببطء وسلاسة نسبيًا أثناء احتراق الشحنة وفقط نتيجة للتغيرات في هندستها الداخلية.

يتم تحقيق أوضاع تشغيل مختلفة غير مستقرة للمحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب في ظل وجود اضطرابات تشكل موجات ضغط. ونتيجة لذلك، تنشأ انحرافات في خصائص تدفق منتجات الاحتراق، والتي تتفاعل بطريقة غير مستقرة مع معلمات سطح الاحتراق. ينتهك تدفق توازن العمليات، لأنه تحت تأثير موجات الضغط تحدث تغيرات محلية في معدلات إطلاق الحرارة وتكوين الغاز. ويعتمد تردد وشكل الموجات المرصودة في هذه الحالة على آلية التفاعل والهندسة الداخلية لغرفة المحرك. يقتصر تدفق منتجات الاحتراق بشكل أساسي على سطح الاحتراق، وكذلك على الجدار السفلي المنحني المزود بطبقة واقية من الحرارة، من ناحية، والقسم الحرج للفوهة، من ناحية أخرى.

في الحالة التي تكون فيها تقلبات الحرارة وإطلاق الغاز في المرحلة المناسبة ولها سعة كافية للتغلب على فقدان الطاقة، تزداد شدة الموجات. تستمر عملية التضخيم هذه حتى تظهر الظروف اللازمة لتوازن جديد للطاقة.

يتم إنشاء هذه الشروط اعتمادًا على معلمات فيزيائية محددة عبر نطاق واسع جدًا من شدة الموجات. عادة، تسود بعض الأزياء المعينة. كل هذا يعقد بشكل كبير الوصف الرياضي للعمليات التذبذبية التي تحدث في غرفة الاحتراق.

كقاعدة عامة، في ظل ظروف تقلبات الضغط في الغرفة، يزيد معدل احتراق الوقود الصلب. وهذا يؤدي إلى زيادة في الضغط والدفع مقارنة بوضع التصميم وانخفاض في وقت احتراق الشحنة. بالإضافة إلى ذلك، تتلقى قوة الدفع مكونًا تذبذبيًا، ينتقل إلى جسم الصاروخ، وهو سبب فشل المعدات، بما في ذلك نظام التحكم، وما إلى ذلك. مع زيادة كبيرة في الضغط، المحرك (أو الشحن) ) يمكن تدميرها. إذا كان المحرك مستقرا، فإن التذبذبات الناتجة إما أن يكون لها سعة مقبولة، أو تموت ببساطة بسبب غلبة تبديد الطاقة على طاقة القوى المزعجة.

2. حاليًا، الأكثر شيوعًا هو فصل التذبذبات الدورية في غرف المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب وفقًا لترددها. تسليط الضوء تردد منخفضو تردد عاليالاهتزازات في غرفة الاحتراق.

يتم تحديد عدم استقرار التردد المنخفض من خلال التذبذبات الذاتية في غرفة الاحتراق بتردد أقل من الحد الأدنى للتردد الصوتي الطبيعي. يقتصر نطاق هذه الترددات المنخفضة على التذبذبات التي لا يزيد ترددها عن 100 هرتز. مع التذبذبات ذات التردد المنخفض، يتغير الضغط في غرفة الاحتراق بالتساوي في جميع نقاط حجمه، أي أن هذا الحجم يظهر ككل. نظرًا لأن الخاصية التي تحدد بشكل أساسي منطقة عدم الاستقرار من هذا النوع هي انخفاض طول الغرفة، أي ما يعادل

أين هو حجم غرفة الاحتراق؟ - مساحة القسم الحرج (الحد الأدنى) من الفوهة، وغالبا ما يسمى هذا النوع من عدم الاستقرار - عدم الاستقرار (خاصة في الأدب الأجنبي). - يحدث عدم الاستقرار في أغلب الأحيان في المحركات الصاروخية الصغيرة التي تعمل بالوقود الصلب (في المحركات الصغيرة). } وفي ضغوط منخفضة نسبيا.

يتم تحديد عدم الاستقرار عالي التردد من خلال التذبذبات الذاتية في غرفة الاحتراق بتردد قريب من أحد الترددات الصوتية الطبيعية لغرفة الاحتراق.

أثناء عدم الاستقرار عالي التردد، تنتشر الموجات الصوتية في غرفة الاحتراق، وتتضخم عند انعكاسها عن السطح المحترق بسبب تدفق الطاقة الصوتية من السطح المحترق (الشكل 4). عادةً ما تزداد تقلبات الضغط أثناء عدم الاستقرار الصوتي تدريجيًا من قيم السعة الصغيرة جدًا إلى القيم الكبيرة (انظر الشكل 3). تسمى هذه التذبذبات متشعب.

الشكل 4. مخطط التفاعل بين منطقة الاحتراق والموجات الصوتية

الاضمحلالالاهتزازات الصوتية لها سعة تتناقص تدريجيا. ل دوريةتتميز التذبذبات (أو العادية) بسعة وتردد ثابتين.

قد تحدث اهتزازات صوتية دورية في غرفة الاحتراق طوليةو مستعرض.

طولية- هذه اهتزازات عالية التردد على طول محور الكاميرا (انظر الشكل 5). أ).

مستعرضالاهتزازات في غرفة الاحتراق هي اهتزازات عالية التردد في مستوى متعامد مع محور الغرفة. اعتمادا على اتجاه الحركة التذبذبية، يتم تقسيم هذه الاهتزازات إلى تماسي, شعاعيو مختلطالاهتزازات المستعرضة (انظر الشكل 5 ب، ج).

الشكل 5. ثلاث فئات من الموجات الصوتية:

أ - الاهتزازات الطولية ذات التردد الأدنى (حيث أ هو متوسط ​​سرعة الصوت في الحجم)؛ ب - عرضية عرضية ( ); في - شعاعي عرضي ( ).

في أبسط صوره، يمكن وصف النظام التذبذبي بالمعادلة الموجية التالية:

(2)

أين يوجد اضطراب بسيط في الضغط؟ أ- سرعة الصوت. τ - الوقت.

الحل العام لهذه المعادلة في الإحداثيات الأسطوانية لجدران غرفة الاحتراق الصلبة تمامًا له الشكل

أين ك، م، ن- الأعداد الكلية؛ أنا- دالة بيسل من النوع الأول من الأمر ت; -كالجذر العاشر للمعادلة؛ وهي ثوابت اعتباطية؛ وهي زوايا طور تعسفية؛ - التردد الدائري؛ د- قطر الغرفة؛ φ و ص- الإحداثيات الأسطوانية.

في هذه الحالة، فإن صيغة تحديد الترددات الطبيعية للاهتزازات الصوتية لمنتجات الاحتراق في الغرفة في الحالة العامة لها الشكل التالي:

(4)

الأعضاء مع م = 0;ن ≠ 0 ; ك = 0 تتوافق مع الأوضاع الطولية مع التردد

الأعضاء مع م = 0;ن = 0 ; ك≠ 0 تتوافق مع الأوضاع الشعاعية مع تردد الوضع الشعاعي الأول للاهتزاز ( ك =1):

الأعضاء مع ك = 0 , ن = 0 , م ≠ 0 - الأوضاع العرضية مع تردد الوضع العرضي الأول للاهتزاز ( م =1):

لاحظ أنه يمكن أيضًا ملاحظة الاهتزازات الطولية المستعرضة في غرفة الاحتراق.

في المحركات ذات نسبة الطول إلى القطر الكبيرة (L/D> > 10)، يمكن أن تحدث تذبذبات طولية ذاتية الاستدامة في غرفة الاحتراق في حالة وجود اضطراب يتجاوز قيمة حرجة معينة (تنشأ تذبذبات عرضية عالية التردد تلقائيًا ، بدءًا من السعات الصغيرة جدًا في ظل وجود إثارة ناعمة للتذبذبات الذاتية ). لاحظ أن الأوضاع الصوتية الطولية تشغل نطاق التردد 100...1000 هرتز.

تتطلب الاهتزازات الصوتية ذات السعة المتطورة البحث باستخدام المعادلات غير الخطية. لهذا السبب يطلق عليهم غير خطيةعلى عكس خطيالاهتزازات ذات السعة الصغيرة، والتي يتم تحليلها باستخدام المعادلات التفاضلية الخطية.

إن الحالة المقيدة لعدم استقرار عملية العمل في محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب هي زيادة حادة في قيم جميع معلمات منتجات الاحتراق بسبب حدوث موجة صدمة قوية يتحول عندها الاحتراق إلى تفجير.

تنتمي جميع أنواع عدم الاستقرار هذه إلى عدم الاستقرار الديناميكي، حيث يتم تحديدها من خلال عمليات الاحتراق غير الثابتة، على عكس عدم الاستقرار الساكن، عندما يحدث انهيار الاحتراق المستقر متبوعًا بزيادة غير محدودة في الضغط في غرفة الاحتراق بسبب الحساسية الحادة من معدل الاحتراق الثابت إلى التغيرات في الضغط. يحدث عدم الاستقرار من هذا النوع عندما الخامس>ل. لذلك، في الممارسة العملية، الوقود مع الخامس

3. معلومات عامة عن آليات التذبذبات في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب. في الظروف الحقيقية، تسبب أوضاع المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب غير المستقر تذبذبات معقدة ومختلطة لمختلف الترددات المتغيرة باستمرار. على سبيل المثال، في محرك المرحلة الثانية من صاروخ بوسيدون، لوحظت تذبذبات مع التوافقيات من تسعة ترددات مختلفة خلال العشر ثوان الأولى. خلال أول ثانيتين، ظهرت تذبذبات بتردد 300 هرتز في المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لصاروخ Minuteman II، والتي تحولت إلى تذبذبات بتردد ~500 هرتز، واستمرت لمدة 10...15 ثانية. في المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لصاروخ Minuteman III، مباشرة بعد الإطلاق (بعد 0.1...0.2 ثانية)، ظهرت تذبذبات بترددات ~ 850 هرتز لمدة 4 ثوانٍ، ثم بـ ω = 330 هرتز (تدوم ~ 12 ثانية) . كانت كل هذه التقلبات شديدة الشدة، وإذا لم تؤد إلى وقوع حادث، فقد خلقت شروطًا مسبقة حقيقية لتلف المعدات الإلكترونية الموجودة على متن الطائرة. لا يمكن للنماذج الرياضية المعروفة لعملية العمل غير المستقرة في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب أن تصف العمليات الحقيقية بشكل كامل. وبالتالي، على وجه الخصوص، تتم كتابة معادلة الموجة (2) المعطاة لتجويف أسطواني مثالي مملوء بخليط غاز متجانس مع سرعة حركة منخفضة وسعة صغيرة لتذبذبات الغاز. لا تأخذ هذه المعادلة في الاعتبار تباين حجم التجويف بسبب احتراق الشحنة، وتباين تكوين منتجات الاحتراق من حيث الحجم، وإمكانية اهتزاز جدران الغرفة والشحن، وعدم انتظام العمليات في منطقة احتراق المواد الصلبة. وقود الصواريخ، وما إلى ذلك. وبالتالي، لا يمكن تفسير أسباب حدوث واستمرار الاهتزازات في الغرفة.

المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب هو نظام ذاتي التذبذب، يتضمن جزءًا من الغرفة مملوءًا بمنتجات الاحتراق ومصدرًا للطاقة وآلية* (أو عددًا من الآليات) التي توفر الطاقة للنظام التذبذبي. إن أهم المسائل التي تحتاج إلى توضيح عند دراسة عدم استقرار المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب هي تحديد آلية إثارة (أو قمع) التذبذبات، وتحديد الحدود** أو العتبة لحدوث التذبذبات ومداها وتكرارها.

في الدراسات المبكرة، كان يعتقد أن آلية عدم استقرار التردد المنخفض تتحدد بتأخر التغيرات في معدل الاحتراق (بسبب تدرج درجة الحرارة عند السطح) فيما يتعلق بالاضطرابات في الضغط وتدفق الغازات من الحجرة .

يُعتقد حاليًا أنه يمكن تفسير آلية إثارة التذبذبات منخفضة التردد غير الصوتية من وجهة نظر صوتية. لذلك، يجب البحث عن أسباب عدم استقرار محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بشكل عام في تفاعل تجويف غرفة الاحتراق وسطح الوقود المحترق (انظر الشكل 4).

يزداد معدل الاحتراق مع زيادة الضغط، وبالتالي، مع تقلبات الضغط الصغيرة بالقرب من سطح الاحتراق، تحدث زيادة محلية في معدل الاحتراق (بسبب زيادة تدفق الحرارة إلى منطقة الاحتراق)، مما يساهم في زيادة جديدة في الضغط؛ هذا الأخير يزيد مرة أخرى من معدل الاحتراق، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك، يزيد سعة التذبذبات، مما يؤدي إلى عدم الاستقرار. بالإضافة إلى هذا العامل، فإن سبب الأوضاع التذبذبية هو وجود تدفق حراري نابض يذهب إلى سطح الشحنة. تحدد مثل هذه النبضات من تدفق الحرارة وجود موجة درجة حرارة مخمدة داخل الوقود الصلب، ونتيجة لذلك عند قمم هذه الموجة فإن معدل تحلل الوقود (وفقًا لقانون أرهينيوس الأسي) سيتجاوز معدل الاحتراق الطبيعي إلى بدرجة أكبر من التباطؤ عند المنخفضات. يؤدي التأثير الإجمالي لمثل هذا التدفق الحراري النابض إلى زيادة معدل التحلل. لذلك، إذا كان الوقود يتميز بتفاعل طارد للحرارة يعزز موجة درجة الحرارة، فإن هذا الوقود يكون أكثر حساسية للتقلبات عالية التردد. ومن الواضح أنه في حالة التفاعلات الماصة للحرارة للوقود، فإن موجات الحرارة ستكون ذاتية التخميد. تم أخذ كل هذه الظواهر بعين الاعتبار في النماذج النظرية المختلفة للأنماط التذبذبية لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. ومع ذلك، فإن مثل هذه الصورة النوعية لحدوث أوضاع تشغيل غير مستقرة لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، لا يمكن أن تفسر في عدد من الحالات سبب ظهور التذبذبات.

* في هذه الحالة تعني الآلية أيضًا العمليات الفيزيائية والكيميائية التي توحدها علاقة سببية.

** حد استقرار عملية العمل في غرفة الاحتراق عبارة عن مجموعة من قيم معلمات التشغيل التي تفصل بين مناطق الاستقرار وعدم الاستقرار

عدم الاستقرار عالي التردد للمحركات الصلبة

1. من الناحية النظرية، فإن حل مشكلة عدم الاستقرار عالي التردد لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب يتلخص في حل معادلة الموجة الصوتية، مع مراعاة الخصائص الداخلية الصوتية للغرفة (بشكل طبيعي، مع الظروف الحدودية المقابلة). أتاحت المواد التجريبية المتراكمة تحديد الميزات التالية الخاصة بهذا النظام:

أ) تظهر اهتزازات صوتية ذات سعات كبيرة في غرف المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، وتصل أحيانًا إلى متوسط ​​ضغط التشغيل؛

ب) تظهر مثل هذه التذبذبات، كقاعدة عامة، بشكل متقطع، وأثناء تشغيل المحرك، قد يتم تحفيز وضع تذبذب محدد أو عدة أوضاع من أجل الاختفاء، وبعد مرور بعض الوقت من التشغيل المستقر، تظهر مرة أخرى في مجموعة جديدة من الأوضاع، والتي قد تكون أو لا تكون تشمل لا
تشمل تلك السابقة، وما إلى ذلك؛

ج) لإعادة إنتاج طيف التردد والزمن لوضع غير مستقر، من الضروري تكرار شروط الاختبار بدقة شديدة مع الحفاظ على نفس تركيبة الوقود والظروف الخارجية وما إلى ذلك؛

د) في كثير من الأحيان، تكون التذبذبات ذات السعة الكبيرة مصحوبة بزيادة في متوسط ​​\u200b\u200bمعدل احتراق الوقود.

2. لوصف هذه الظاهرة المعقدة نظريًا مثل عدم الاستقرار عالي التردد لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب، من الضروري اعتبار الغرفة بمثابة مرنان صوتي له العديد من ترددات الرنين التي يمكن تحفيزها بسهولة أكبر. هل سيثير أي اضطراب صغير واحدًا أو أكثر؟
تعتمد الأوضاع المميزة للغرفة كرنان على العلاقة بين وصول الطاقة الصوتية وخسائرها. يظهر الشكل 6 تمثيلًا تخطيطيًا لآليات التضخيم الصوتي وفقدان الطاقة في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب. يتضمن طراز المحرك تصميمًا للغرفة بجدران سميكة إلى حد ما. في أحد طرفي هذه القشرة الأسطوانية توجد فوهة، يوجد بداخلها مادتان: الوقود الصلب ومنتجات الاحتراق الغازية ذات درجة الحرارة والضغط العاليين. يتم تحديد الحدود بينهما من خلال سطح الاحتراق ويمكن أن تكون هندسيًا الأكثر غموضًا. يمكن أن يكون لها تدرجات كبيرة في درجات الحرارة، ومعدلات عالية من الطاقة وعمليات نقل الكتلة، مصحوبة بتفاعلات كيميائية معقدة. يعد تدفق منتجات الاحتراق أيضًا معقدًا للغاية، ويتميز بالانتقال من سرعات التدفق الصغيرة المتعامدة مع سطح الاحتراق لمنتجات الاحتراق إلى السرعة الصوتية في القسم الحرج.

الشكل 6. العوامل المؤثرة على استقرار المحرك

تشمل العوامل التي تؤثر على استقرار المحرك ما يلي: أ - سطح الاحتراق، المتعلق بضغط الغاز وسرعته؛ ب - الإشعاع الحراري. ج - خسائر اللزوجة المرنة في الوقود؛ تأثيرات D في غرفة الاحتراق، بما في ذلك تأثير تخميد الجزيئات في التدفق، والتخميد الحراري اللزج الآخر، وتخميد الاسترخاء، والتفاعلات الكيميائية المتبقية؛ هـ - غلاف المحرك، الذي يحدد تأثيرات فقدان اللزوجة الحرارية على الجدران، والتأثيرات الخارجية، وما إلى ذلك؛ و - تأثيرات التخميد الفوهة. سطح الاحتراق هو مصدر للطاقة الصوتية، وجميع العوامل الأخرى هي خسائرها. وبما أن عدم الاستقرار ممكن حتى تتجاوز الخسائر الصوتية المكاسب الصوتية، فإن تحديد الخسائر الصوتية ليس أمرًا غير مهم بأي حال من الأحوال.

ومن المثير للاهتمام معرفة الخصائص الصوتية لمنطقة الاحتراق، والتي يمكن وصفها كميًا من خلال التوصيل الصوتي المحدد لسطح الاحتراق أو وظيفة نقل الوقود. يتم تحديد خصائص الوقود الصلب من الناحية الصوتية من خلال معاملين للمرونة، ترتبط الأجزاء الحقيقية منهما بسرعة انتشار الاضطرابات بسبب القص والتمدد، وتعبر الأجزاء التخيلية عن فقد الطاقة الناتج عن هذه الاضطرابات. أما بالنسبة لمنطقة الاحتراق، فسمكها أصغر بكثير مقارنة بالسنتيمتر أو الأطوال الموجية الصوتية الأطول، وبالتالي يمكن اعتبارها تابعة للسطح. وهذا يسمح بتمييز سطح الاحتراق والأسطح الحدودية الأخرى للغرفة من خلال موصليتها الصوتية، والتي يصف الجزء الحقيقي منها تضخيم أو تخفيف الاهتزازات الصوتية.

3. يتطلب النظر النظري لمشكلة عدم الاستقرار عالي التردد حل المعادلات التي تصف العمليات الفيزيائية والكيميائية، مع مراعاة التأثيرات المذكورة أعلاه. تحدث هذه العمليات في حجم يحتوي على وسائط صلبة وغازية، مفصولة بحدود معقدة قادرة على توفير طاقة إضافية لمجال الاهتزازات الصوتية. في هذه الحالة، يصبح السؤال الرئيسي هو اختيار أشكال العملية التي يجب تركيز الاهتمام عليها؛ اختيار الافتراضات والتبسيطات التي ينبغي إجراؤها في الوصف الرياضي للنموذج بحيث يكون حقيقيا بما فيه الكفاية وقابلا للتفسير الواضح ويسمح بمعالجته رياضيا.

هناك اتجاهان على هذا الطريق. يرتبط أحدهما بدراسة تذبذبات السعة الصغيرة على حدود الاستقرار، ويتم حل المشكلات باستخدام تحليل الاضطرابات الصغيرة، مما يؤدي إلى خطيالمعادلات التفاضلية. السؤال الرئيسي في النظرية الخطية هو ما إذا كان سعة اضطرابات الضغط الصغيرة العشوائية، والتي تحدث دائمًا في محرك الصاروخ، ستزداد أم لا. يعد الاستقرار في ظل وجود اضطرابات صغيرة شرطًا ضروريًا ولكنه ليس كافيًا للاستقرار بشكل عام. لهذا السبب، يدرس الاتجاه الثاني أيضًا الاهتزازات ذات السعة المتطورة، والتي تم وصفها غير خطيةالمعادلات التفاضلية.

محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب (محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب)

محرك الصاروخ الصلب هو محرك صاروخي يعمل بالوقود الصاروخي الصلب. تُستخدم المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب على نطاق واسع كمحركات إطلاق ودفع للصواريخ من مختلف الفئات والصواريخ. في مجال الطيران وتكنولوجيا الفضاء يتم استخدامها كمسرعات لإقلاع الطائرات، لفصل وإزالة المراحل الفارغة من الصواريخ الفضائية، وضمان الهبوط الناعم عند إسقاط البضائع، وفي أنظمة الإنقاذ في حالات الطوارئ لأطقم الطائرات، وما إلى ذلك.

العناصر المشتركة لأي محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب هي: السكن 1 (غرفة الاحتراق)، شحنة وقود الصاروخ الصلب 2، كتلة الفوهة 3، جهاز الإشعال 4، جهاز الإشعال الكهربائي 5 والحماية الحرارية. يتم إدخال شحنة الوقود بشكل غير محكم إلى غرفة الاحتراق على شكل كتلة واحدة أو عدة كتل، أو يتم تثبيتها على جدرانها عن طريق سكب الوقود في الغرفة في حالة شبه سائلة، يليها تصلبها. يحدد التغير في سطح الاحتراق خلال فترة تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب طبيعة التغير في دفع المحرك (الدفع ثابت، يزيد، ينقص، يتغير تدريجيًا). يتم استخدام فتحة القناة والشكل النجمي والنهاية وغيرها من الرسوم. يتم تسليح مناطق السطح التي يجب استبعادها من عملية الاحتراق بطبقات مصنوعة من مواد النسيج المطاطي. يتم استخدام الفولاذ عالي القوة وسبائك الألومنيوم والتيتانيوم، بالإضافة إلى المواد المركبة لتصنيع علب المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب. يقع جهاز الإشعال، كقاعدة عامة، في الجزء السفلي الأمامي من السكن ويعمل على خلق الضغط وإشعال شحنة الوقود. تقوم كتلة الفوهة بتحويل الطاقة الحرارية لمنتجات احتراق الوقود إلى الطاقة الحركية لنفاثة الغاز. إن مدخل كتلة الفوهة، الذي يشكل عنق الفوهة، باعتباره العنصر الأكثر تعرضًا للإجهاد الحراري في محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، مصنوع من مواد حرارية (الجرافيت، التنغستن، الموليبدينوم) أو مواد ضغط مقاومة للتآكل. للحماية الحرارية للجدران الداخلية لمبيت محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب وجرس الفوهة والزجاج والكربون والبلاستيك العضوي، يتم استخدام المواد الصحفية القائمة على الأسبستوس والراتنجات الفينولية.

المتطلبات الرئيسية للحماية الحرارية هي انخفاض التوصيل الحراري وانخفاض معدل التدمير عند التعرض لتدفق الغاز بدرجة حرارة عالية.

قد يحتوي محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب على أجهزة إضافية تستخدم للتحكم في ناقل الدفع. يتم تغيير الدفع عن طريق ضبط القسم الحرج للفوهة أو عن طريق فتح فوهات الدفع المضاد؛ يتم وقف احتراق شحنة الوقود (على سبيل المثال، لضمان سرعة معينة في نهاية القسم النشط من المسار) عن طريق تحرير حاد للضغط في غرفة الاحتراق عن طريق فتح فتحة خاصة النوافذ أو حقن سائل التبريد. يتم تغيير اتجاه ناقل الدفع باستخدام دفات الغاز الموضوعة في تيار الغاز المتدفق أو الفوهات الدوارة أو حقن السائل غير المتماثل أو حقن الغاز في الجزء الأسرع من الصوت من الفوهة، وما إلى ذلك. على الرغم من الدفع المحدد المنخفض نسبيًا (2.5-3 كم) /s)، محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب له مخلوقات ومزايا: القدرة على الحصول على قوة دفع عالية (تصل إلى 12 مليون نيوتن أو أكثر)؛ درجة عالية من الاستعداد للإطلاق، وإمكانية التخزين على المدى الطويل؛ البساطة والتصميم المدمج. موثوقية عالية وسهولة التشغيل.

يتكون المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب من طبقات من الوقود تقع بشكل عرضي على محور الشحن ومجهز بنظام بدء يضمن تفجيرًا بديلًا لطبقات المادة. طبقات الوقود ذات القدرة التفجيرية العالية، والتي يكون سمكها أكبر بكثير من السمك الحرج لتفجير الوقود، تتخللها طبقات أخرى من الوقود من مادة ذات قدرة تفجير منخفضة، يكون سمكها أقل بكثير من سمكها سماكة تفجيرية حرجة ولكنها كافية لمنع انتقال التفجير من الطبقة السابقة ذات قدرة تفجير عالية للطبقة اللاحقة ذات قدرة تفجير عالية. ترتبط طبقات الوقود ذات القدرة العالية على التفجير وطبقات الوقود ذات القدرة المنخفضة على التفجير ببعضها البعض. يضمن نظام البدء تفجيرًا بديلًا لطبقات المادة بتردد ثابت أو متغير معين. يتيح الاختراع إمكانية إنشاء محرك صاروخي بدفعة دفع محددة عالية والقدرة على تغيير الدفع على نطاق واسع. 1 مريض.

تتمتع المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب (المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب) بميزة واحدة مهمة مقارنة بمحركات الوقود السائل. تتميز المحركات التي تعمل بالوقود الصلب بتصميم بسيط للغاية: غلاف مملوء بالوقود الصلب، ويحتوي الغلاف على فتحة بفوهة. يحدث احتراق الوقود في السكن تحت الضغط. إنه الضغط الذي يضمن الاحتراق المستقر للوقود. عند الانتقال إلى أنواع الوقود ذات السعرات الحرارية العالية (الطاقة)، ​​من أجل احتراقها المستقر، كقاعدة عامة، مطلوب ضغط أكبر. كل هذا يؤدي إلى الحاجة إلى جعل الهياكل أكثر متانة، وبالتالي أثقل، مما يقلل جزئيًا من فعالية الانتقال إلى الوقود ذي السعرات الحرارية العالية.

محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب معروفة جيدًا وتستخدم على نطاق واسع في تصميمات مختلفة حسب الغرض منها. بالنسبة لجميع إصدارات هذه المحركات، من الضروري أن يكون لديك غرفة احتراق مع كتلة فوهة وشحنة من الوقود الصلب موضوعة في الغرفة. وبحرق الشحنة، يتم إطلاق الطاقة الكامنة المخزنة فيها، والتي تتراكم في الغازات الناتجة، ويتم تسخينها إلى درجات حرارة عالية اعتمادًا على نسبة تدفق الغاز من الشحنة المحترقة للغازات وتدفق الغاز إلى الخارج عبر التدفق المتقاطع. في قسم كتلة الفوهة، يتم إنشاء ضغط معين في الحجم شبه المغلق لغرفة الاحتراق. تحت تأثير الضغط، تتدفق الغازات عبر الفوهة، وتتسارع إلى سرعات عالية، وتكتسب قدرًا معينًا من الحركة. وبناء على ذلك، يكتسب الصاروخ نفس القدر من الحركة. يتم تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في المحرك جزئيًا فقط إلى طاقة ميكانيكية مفيدة للحركة، ويتم فقدانها جزئيًا على شكل حرارة تحملها الغازات غير المبردة.

مخطط محرك الوقود الصلب

1 - شحنة وقود الصاروخ الصلب، 2 - جسم الغرفة، 3 - فوهة غائرة، 4 - مشعل

تصميم المكونات الرئيسية للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب:

دعونا نلاحظ دور المكونات المدرجة في عملية تشغيل جهاز التحكم عن بعد (مولد الغاز).

كما ذكرنا سابقًا، فإن مصدر الطاقة ومنتجات الاحتراق الغازي في الأنظمة قيد النظر هو شحنة الوقود، والتي عند تسخينها إلى درجة حرارة معينة تسمى درجة حرارة الاشتعال (الفلاش)، يبدأ التفاعل الكيميائي بإطلاق الاحتراق الغازي المنتجات التي تحتوي على كمية كبيرة من الحرارة.

محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب مع شحنة مدرجة:

1 - الغلاف الأسطواني لمبيت محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب؛ 2 . - الجزء السفلي الأمامي؛.، 3 - الجزء السفلي من الفوهة؛ 4 - وحدات تثبيت الشحن؛ 5 - شحن الوقود. 6 - نظام الإشعال. 7 - فوهة. 8 - قابس الفوهة؛ 9 - طلاء واقي من الحرارة و (أو) طبقة تثبيت واقية

يحد غلاف PS، مع كلا القاعين، من الحجم الذي يحدث فيه احتراق الوقود، مما يضمن مستوى معينًا من المعلمات الباليستية المطبقة ويعمل كهيكل داعم.

يتم تنفيذ تدفق منتجات الاحتراق من خلال فوهة تفوق سرعة الصوت، ويتمثل دورها في زيادة كفاءة تحويل الطاقة الحرارية المنبعثة في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب إلى الطاقة الحركية للمنتجات المتدفقة خارج الغرفة. ويضمن شكل الفوهة تسارع منتجات الاحتراق إلى سرعات تفوق سرعة الصوت، مما يساعد على زيادة قوة دفع نظام الدفع. تجدر الإشارة إلى أنه يوجد حاليًا أنظمة دفع صغيرة الحجم تعمل بالوقود الصلب ولا تحتوي على كتلة فوهة على هذا النحو. يتم تحقيق زيادة في قوة التصميم عن طريق تغيير ملف تعريف قناة شحن الوقود بالقرب من قسم المخرج، والذي يتم اختياره بالقرب من ملف تعريف كتلة الفوهة. وفي عدد من الحالات، تضمن هذه المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب استيفاء متطلبات المواصفات الفنية لأداء الطاقة، مع بقائها بسيطة قدر الإمكان.

وبما أن درجة حرارة نواتج الاحتراق في حجرة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب عالية جداً ويمكن أن تصل إلى مستوى 3500...3700 كلفن، وقيم التدفق الحراري هي 106...107 واط/م2، هناك حاجة لحماية عناصر تصميم المحرك من الحرارة الزائدة وبالتالي من التدمير أثناء فترة العمل. يتم توفير هذه الوظيفة من خلال طبقات واقية من الحرارة يمكن تطبيقها على الأسطح الداخلية لمكونات الجسم، بدءًا من الجزء السفلي الأمامي، وصولاً إلى قسم مخرج الفوهة الأسرع من الصوت.

يتم تسخين سطح شحنة الوقود إلى درجة الحرارة التي يبدأ عندها التفاعل الكيميائي بواسطة نظام الإشعال. الطريقة الأبسط والأكثر استخدامًا في الممارسة العملية هي تنفيذ نظام الإشعال باستخدام المسحوق الأسود أو تركيبة الألعاب النارية، الموجودة في مبيت يمكن أن يظل متينًا خلال فترة التشغيل أو يتم تدميره. يتم إشعال وصلة الجر باستخدام مشعل كهربائي.

يتم تثبيت الشحنات المدخلة، على سبيل المثال، عن طريق الأغشية الموجودة بالقرب من المفاصل الأمامية وقيعان الفوهة مع غلاف محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب. تتطلب الهياكل المثبتة بقوة، عندما يكون هناك اختلاف كبير في معاملات التمدد الحراري لمواد الجسم والوقود، استخدام طبقة متوسطة بين الجسم والوقود - ما يسمى بطبقة التثبيت الواقية.

لتنظيم حجم واتجاه الدفع، قد تحتوي محركات الصواريخ على عناصر توجيه، ووحدات توفر تغييرات في هندسة مسار الفوهة، وما إلى ذلك.

خلال فترة تخزين محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب وحتى نقطة معينة من تشغيل المحرك، يجب سد حجمه الداخلي بغشاء ينهار عند ضغط معين من منتجات الاحتراق في غرفة نظام الدفع. يرجع وجود الغشاء إلى الحاجة إلى حماية الأسطح الداخلية للغرفة والشحن من التأثيرات الجوية والتلوث الميكانيكي وفي بعض الحالات الاحتفاظ بالغاز في الحجم الداخلي للغرفة في حالة ما قبل الإطلاق عند درجة حرارة ضغط تعزيز معين.

يمكن وصف نظام الدفع بالوقود الصلب (مولد الغاز) بمجموعة المعلمات التالية:

كتلة الوقود WT ;

كتلة المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب بالكامل m c.d. وكتلة كل عقدة m i ;

الوزن النسبي لهيكل المحرك ب ج.د. ، يتم تعريفها على أنها نسبة الكتلة المفرغة إلى كتلة الصاروخ التي تعمل بالوقود الصلب × سم. ;

موقع مركز الكتلة بشكل منفصل للعقد، وبشكل عام لتصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بالكامل؛

كثافة (معامل) ملء الحجم داخل الحجرة بالوقود هـ ، يتم تعريفها على أنها نسبة حجم شحنة الوقود إلى الحجم الداخلي للغرفة (من الأسفل الأمامي إلى مستوى القسم الحرج) ؛

دفع نظام الدفع و (أو) قيمة معدل التدفق الثاني للكتلة (P، ت);

زمن تشغيل نظام الدفع f p ;

إجمالي I ونبضات محددة I Y محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب؛

الأبعاد الكلية - الطول ل،القطر الإجمالي للمحرك د وبالعقد.

مجموعة المعلمات المدرجة ليست شاملة وليست المجموعة المقبولة الوحيدة. لذا، على سبيل المثال، بدلاً من المعلمة bk.d، يمكن استخدام ما يلي:

إمدادات الوقود النسبية

عامل جودة المحرك في د، الخ.

يمكنك إجراء اتصالات بين هذه المعلمات الثلاثة:

طائرة ذات محرك صاروخي

مجموعة المعلمات المدرجة، إلى جانب مجال التطبيق المعروف لنظام الدفع، تجعل من الممكن الحكم على كفاءة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، ومزايا أو عيوب تطوير أي مكونات. المعلمات الأكثر دلالة في هذا المعنى هي ب ج و ه ث . حتى الآن، تم الحصول على أفضل القيم لهذه الكميات أثناء تطوير الصواريخ الباليستية العابرة للقارات فئة MX (b c. d ~ 0.05...0.08; e w « 0.92...0.95).

العمل، على وجه الخصوص، مخصص لوصف عمليات العمل التي تحدث في غرفة نظام صاروخي يعمل بالوقود الصلب. دعونا نلاحظ مجموعة من العمليات الأساسية التي يتم تنفيذها بالتتابع أثناء تشغيل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بحجم كافٍ لفهم أولي للعمليات داخل الغرفة. للتأكد من ذلك، سننظر في الرسم البياني الموضح في الشكل. 1.

: تبدأ عملية العمل في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب بتزويد الجهد الكهربائي للمشعلات الكهربائية الخاصة بخراطيش السخرية. تضمن قوة اللهب الصادرة عن خرطوشة السخرية القابلة للاشتعال اشتعال تركيبة الإشعال التي تتكون من مسحوق أسود أو خليط من مسحوق أسود مع تركيبة نارية. غالبًا ما يحدث احتراق تركيبة الإشعال في حجم مغلق من غلاف متين عند ضغط أكبر من مستوى الضغط في غرفة الاحتراق. تدخل منتجات الاحتراق الخاصة بتركيبة الإشعال إلى الغرفة من خلال فتحات موجودة في جسم المشعل، والتي يمكن تشكيلها مسبقًا وتوصيلها في المرة الأولى. يؤدي تدفق الكتلة إلى الحجم الأمامي لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب إلى زيادة الضغط فيه وتكوين موجة ضغط تتحرك نحو حجم الفوهة. يمكن أن تكون سرعة انتشار موجة الضغط بالنسبة لمعلمات الغاز أمام الموجة إما دون سرعة الصوت أو فوق سرعة الصوت. بعد الموجة، تنتشر منتجات الاحتراق ذات درجة الحرارة العالية لتركيبة الإشعال في الحجم الحر لغرفة المحرك، مما يؤدي إلى تسخين سطح شحنة الوقود بسبب نقل الحرارة بالحمل الحراري والإشعاع والتوصيل.

بعد وصول موجة الانضغاط إلى المستوى الذي تم وضع السدادة فيه، يمكن أن تتطور العملية داخل الحجرة وفق مخططين

توزيع مجال الضغط على طول الحجرة في أوقات مختلفة عندما ينهار القابس:

1, 2, 3 - حركة موجة الضغط من الأسفل الأمامي إلى الفوهة (لم يتم تدمير القابس)؛ 4, 5 - تطوير العملية بعد تدمير المكونات

توزيع مجال الضغط على طول الحجرة في أوقات مختلفة باستخدام سدادة غير مدمرة:

1, 2, 3 - حركة موجة الضغط من الأسفل الأمامي إلى الفوهة؛ 4 - تصل موجة الضغط إلى مستوى القابس؛ 5,6- تطور العملية بعد انعكاس موجة الضغط من السدادة

قياس الضغط في غرفة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب أثناء التشغيل:

ريال عماني- الضغط الأولي في غرفة المحرك؛ ر ZG - ضغط تدمير سدادة الفوهة؛ PST - مستوى ضغط التشغيل لمنتجات الاحتراق في الغرفة؛ عن- بداية العملية؛ 1 - لحظة تدمير القابس؛ 2 - لحظة اشتعال الوقود. 3 - الوقت المقابل لانتشار اللهب على طول سطح الوقود؛ 4 - الوقت الذي يصل فيه المحرك إلى وضع التشغيل؛ 5 - نهاية الفترة شبه الثابتة لتشغيل المحرك. 6 - نهاية تشغيل المحرك.

يتم تدمير القابس، ويتم تسوية مستوى الضغط في الغرفة تقريبًا ويظل قريبًا من الثبات حتى اللحظة التي يبدأ فيها سطح شحنة الوقود بالاتصال بالاحتراق. يتم عرض تطور العملية وفقًا لهذا المخطط في الشكل. 2؛

تم تصميم تدمير القابس لقيم الضغط العالي.

وتؤدي هذه الحقيقة إلى انعكاس موجة الانضغاط عن الحد الأيمن للمحرك وانتشارها في الاتجاه المعاكس. ونظرًا لانخفاض سرعة حركة نواتج الاحتراق في الحجم الحر للغرفة، تنخفض شدة عملية تسخين شحنة الوقود، مما يؤدي إلى زيادة الفترة الزمنية اللازمة لوصول محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب إلى حالة شبه ثابتة وضعية التشغيل. يتم عرض تطور العملية وفقًا لهذا المخطط في الشكل. 3.

يحدث اشتعال شحنة الوقود في وقت ما، في الطبقة السطحية لشحنة الوقود بسمك يقاس بالميكرونات، حيث يتم الوصول إلى درجة حرارة وتدرج درجة الحرارة يتوافقان مع ظروف حرجة معينة، مما يضمن الاحتراق المستقر للوقود. يمكن أن يحدث انتشار اللهب على سطح شحنة الوقود، اعتمادًا على ظروف الاشتعال وهندسة محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، بسرعة 1...300 م/ث.

يظهر في الشكل التغير في الضغط في الحجم الأمامي لجهاز التحكم عن بعد طوال فترة التشغيل بأكملها. 4.

يتم توفير الدافع التشغيلي الرئيسي من خلال نظام الدفع الموجود في القسم المنحني 4 -5. يحدث إيقاف تشغيل محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب إما بعد احتراق شحنة الوقود، أو بالقوة باستخدام وحدة قطع الدفع.

حتى الآن، حققت المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب كمالًا ملحوظًا، مما أدى إلى استخدامها على نطاق واسع في الممارسة العملية:

يمكن أن تصل كتلة المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب حاليًا إلى عدة جرامات أو مئات الأطنان؛

يمكن حاليًا استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب كمشغل للإغلاق الطارئ لأنظمة نقل الغاز والنفط عبر خطوط الأنابيب. وفي الوقت نفسه، يمكن استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب لإطلاق حمولات كبيرة إلى الفضاء الخارجي؛

اقترب الدفع النوعي للوقود الصاروخي الصلب كثيرًا من الدفع النوعي للوقود السائل ووصل إلى قيم 3000…..3500 م/ث؛

يصل معامل الكمال الشامل لأفضل المحركات الصاروخية الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب إلى 0.05...0.10، ويقترب عامل ملء الحجم داخل الحجرة من 0.90...0.95.

سيستمر التحسين الإضافي لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في تحسين خصائص الطاقة لتركيبات الوقود وزيادة القوة المحددة للمواد الهيكلية المستخدمة. على وجه الخصوص، يمكن الإشارة إلى أن الاتجاه الواعد هو استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مع وضع منفصل لمكونات الوقود. وتتمثل المهمة العاجلة في توسيع نطاق استخدام المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب لتشمل مجال أنظمة الدفع ذات التحكم في الدفع العميق، مع إمكانية إدراج محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بشكل قابل لإعادة الاستخدام، وما إلى ذلك.

سيستمر تطوير تكنولوجيا الوقود الصلب في المستقبل، ويرجع ذلك إلى عدد من الصفات الإيجابية للصواريخ ذات المحركات التي تعمل بالوقود الصلب مقارنة بالصواريخ ذات المحركات الصاروخية السائلة (LPRE). نشير أدناه إلى مزايا وعيوب المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، والتي، من ناحية، حددت استخدامها على نطاق واسع، ومن ناحية أخرى، حدت من استخدامها في بعض الأشياء التقنية.

مزايا وعيوب محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب:

بدأ الاستخدام الواسع النطاق لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب في المعدات العسكرية في وقت أبكر إلى حد ما من استخدام أنظمة الدفع بالوقود السائل. وفي الوقت الحاضر، تحتل محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مكانًا مهيمنًا في التكنولوجيا العسكرية، وفي تكنولوجيا الفضاء، تتنافس محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بنجاح مع محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل. ويرجع هذا الاتجاه إلى عدد من العوامل المتأصلة في محركات احتراق الوقود الصلب، وأهمها موضحة أدناه.

وبطبيعة الحال، ينبغي اعتبار إحدى المزايا الرئيسية لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب البساطة النسبية للجهاز. في الواقع، كانت المحركات الصاروخية الأولى التي تعمل بالوقود الصلب ذات تصميم بدائي، وكان من السهل تنفيذها حتى على المستوى التكنولوجي في العصور الوسطى. تتيح لنا المقارنة مع المحركات التي تعمل بالوقود السائل ملاحظة المزايا التالية لتصميم المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب:

لا توجد وحدات مرتبطة بتخزين مكونات الوقود خارج الحجرة (خزانات الوقود)؛

لا توجد وحدات لنقل مكونات الوقود من الخزانات إلى غرفة الاحتراق (خطوط الأنابيب والصمامات الهوائية والهيدروليكية)؛

لا توجد عناصر لإمداد الوقود القسري إلى الغرفة (عناصر نظام الإزاحة، ووحدات المضخة التوربينية، والحاقن، وما إلى ذلك)؛

عدد الوحدات المتحركة صغير (وفي بعض التصاميم غائب).

بالمقارنة مع محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب، فإن تصميم نظام دفع الوقود النووي يصبح أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ. علاوة على ذلك، عند استخدام الوقود النووي، تنشأ مهمة ضمان حماية هيكل الطائرة (بما في ذلك الطائرات المأهولة) من الإشعاع الإشعاعي.

أي محاولات تتعلق باستخدام الدوائر الوسيطة للتحكم عن بعد (جهاز التحكم عن بعد المنفصل، المحركات الهجينة) تؤدي أيضًا إلى زيادة تعقيد تصميم المحرك. إن البساطة النسبية لتصميم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب يمكن ملاحظتها بشكل خاص عند النظر في بعض التصميمات الخاصة لمحركات الصاروخ التي تعمل بالوقود الصلب. وبالتالي، عند استخدام محركات الوقود الصلب، يتم حل المشكلات المتعلقة بضمان دوران الصاروخ حول محوره بسهولة (على سبيل المثال، في مقذوفات المحرك النفاث، حيث يؤدي الدوران حول محوره إلى زيادة استقرار رحلة القذيفة على طول المسار و تحسين دقة النار). من الناحية الهيكلية، تم تبسيط طرق فصل مراحل الصواريخ متعددة المراحل.

إن البساطة النسبية لتصميم المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب تستلزم أيضًا تخفيف المشكلات المتعلقة بتشغيل الصواريخ وقاذفات الصواريخ التي تستخدم المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب. في الواقع، نظرًا للعدد الصغير نسبيًا للمكونات الموجودة في محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، يلزم قدر صغير من العمالة لإجراء الصيانة الروتينية للتحقق من أداء المحركات أثناء التخزين واستعدادًا للإطلاق. تجدر الإشارة إلى أن تكلفة المعدات الأرضية المخصصة لتشغيل المجمعات ذات الصواريخ الباليستية بعيدة المدى في الولايات المتحدة تبلغ، على التوالي، حوالي 45 و60% من التكلفة الإجمالية للمجمع عند استخدام محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب. وعند استخدام المحركات الصاروخية السائلة. ومن المثير للاهتمام أنه بحلول بداية عام 1984، كان لدى الولايات المتحدة 53 صاروخ تيتان-2 بمحركات صاروخية تعمل بالوقود السائل، تديرها ستة أسراب من القيادة الجوية الاستراتيجية، وحوالي 1000 صاروخ من طراز مينيتمان بمحركات صاروخية تعمل بالوقود الصلب خدم من قبل عشرين سربًا فقط.

ما يجذب المعدات العسكرية بشكل خاص هو الاستعداد العالي للأسلحة ذات المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب للاستخدام. ويكفي الإشارة إلى أن زمن الإعداد المسبق لإطلاق الصواريخ العابرة للقارات من طراز MX لا يتجاوز 2...5 دقيقة، بما في ذلك في هذا الوقت إمكانية إعادة توجيه الصاروخ والرؤوس الحربية. للمقارنة، نلاحظ أن أنظمة الصواريخ الأولى المزودة بمحركات تعمل بالوقود السائل لم يتم الإطلاق إلا بعد 4...6 ساعات من الإعداد المسبق للإطلاق. تم تقليل وقت التحضير لإطلاق الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود السائل بشكل كبير، لكنه مع ذلك لا يزال مرتفعًا جدًا.

من الخصائص المهمة لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب موثوقيتها العالية. وفقًا لبعض المعلومات الإحصائية، بعد انتهاء فترة تخزين الضمان لجهاز التحكم عن بعد، فإن احتمال تشغيله بدون فشل يزيد عن 98%. خلال فترة الضمان، تزيد موثوقية المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب عن 99%.

ومن العوامل الأخرى التي تتجلى فيها مزايا المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب مقارنة بمحركات احتراق الوقود السائل، تجدر الإشارة إلى ما يلي:

في معظم الحالات، عند حل نفس المشكلة التكتيكية أو الاستراتيجية، تكون تكلفة النظام الصاروخي بمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب أقل بكثير من تكلفة المجمع الذي يعمل بالوقود السائل؛

إن خصائص الكتلة لمحركات الصواريخ الحديثة التي تعمل بالوقود الصلب، بما في ذلك معامل الكمال الشامل، تتجاوز المؤشرات المماثلة لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود السائل.

ومع ذلك، فإن مزايا محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب ليست كافية لجعل أنظمة الدفع هذه هي الأنظمة الوحيدة المقبولة والأكثر عقلانية سواء في الاقتصاد الوطني أو فيما يتعلق بالمعدات العسكرية. مثل أي كائن تقني، فإن المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب لها عيوب معينة، مما يفرض التطوير المتزامن لغرف التحكم من الفئات الأخرى. تجدر الإشارة إلى العيوب التالية

• 1. قيم منخفضة نسبيًا للنبض النوعي لمحركات احتراق الوقود الصلب. لا يتجاوز النبض الفراغي للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب 00...3500 م/ث. من الصعب زيادة الدفع النوعي لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بسبب عدم التوافق الكيميائي بين أفضل المؤكسدات وأفضل المواد القابلة للاحتراق في تركيبات الوقود. إن استخدام المحركات ذات المكونات الصلبة المشحونة بشكل منفصل يجعل من الممكن زيادة النبض المحدد بما لا يزيد عن 20٪. وفي الوقت نفسه، يتيح الوقود الصاروخي السائل تحقيق نبضات محددة تصل إلى 4000...4500 م/ث. ويمكن تحقيق قيم أكبر باستخدام الوقود النووي.
• 2. الصعوبات التكنولوجية في تصنيع شحنات الوقود ذات الكتل والأبعاد الكبيرة. ترجع هذه الصعوبات إلى المتطلبات العالية لعدم وجود عيوب في الشحنة والتجويف والشقوق وفصل الوقود عن طبقة التثبيت الواقية وما إلى ذلك. مع زيادة أبعاد الشحنات وزيادة الدفع النوعي للوقود المستخدم، يزداد خطر الانفجار والحريق أثناء إنتاج وتحميل شحنة الوقود.
• 3. بعض الصعوبات التشغيلية. يكمن جزء من هذه الصعوبات في الحاجة إلى ترموستات محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب مع أنواع الوقود المختلط (في بعض الحالات، otmPTistite) من أجل القضاء على ظهور الشقوق في شحنات الوقود، وتقليل الاختلافات في الدفع وضغط منتجات الاحتراق في غرفة المحرك. .
• 4. بعض صعوبات التصميم. وقد تشمل هذه الصعوبات ضيق وقت تشغيل المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب، وذلك بسبب أبعاد المحرك وتآكل عناصره الهيكلية. من بين محركات الصواريخ كبيرة الحجم التي تعمل بالوقود الصلب والتي تم إنشاؤها حاليًا، تم تحقيق أطول فترة تشغيل (-130 ثانية) في المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب والمستخدم لإطلاق مكوك الفضاء القابل لإعادة الاستخدام إلى ارتفاع التحليق. تبلغ كتلة هذا المحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب 586 طنًا.

وهناك صعوبة أخرى تتمثل في تعقيد تطوير محرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب وقابل لإعادة الاستخدام. تتمتع أنظمة الدفع بالوقود الصلب المتوفرة حاليًا بعمق محدود في التنظيم، أو على الرغم من أن عمق تنظيم خصائص الجر (الاستهلاك) مقبول، إلا أن مؤشرات معامل الكمال الشامل ضعيفة.

لتلخيص ذلك، يمكن الإشارة إلى أن مزايا محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب أدت إلى تطبيقها على نطاق واسع في الممارسة العملية.

2.3.1. فترات تشغيل RDTT

عند النظر في عمليات العمل في المحركات الصاروخية التي تعمل بالوقود الصلب، يتم التمييز بين ثلاث فترات مميزة (الشكل 2.3):

إخراج المحرك إلى وضع التشغيل ر; يتضمن هذا الوضع وقت تأخير الإشعال
ووقت اشتعال الشحنة وملء الحجم الحر للمحرك (يتم حساب الوقت من لحظة وصول النبض الحالي إلى السخرية) ؛

الفترة الرئيسية لتشغيل المحرك تسمى وقت حرق الشحنة ر 3 ; تمثل هذه المنطقة الجزء الأكبر (أكثر من 90%) من إجمالي وقت العمل؛

وقت اضمحلال الضغط ر , تحدث بعد احتراق الجزء الرئيسي من الشحنة أو تشغيل وحدة قطع الدفع لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب.

يتم تحديد إجمالي وقت التشغيل للمحرك من خلال مجموع هذه الفترات:

.

عند حساب العملية خلال الفترة التي يصل فيها المحرك إلى وضع التشغيل، يتم أخذ معادلات التدفق غير المستقر (الموجة في المرحلة الأولية) لمنتجات الاحتراق من وقود الإشعال والشحنة الرئيسية بعين الاعتبار، مع الأخذ في الاعتبار الاحتراق اللاحق في أكسجين الهواء والتدفئة و وميض الوقود والتسخين الأولي للعناصر الهيكلية. لحساب الدورة الرئيسية، يتم استخدام معادلات تدفق الغاز واحتراق شحنة الوقود الصلب بشكل تقريبي شبه ثابت. يتم إجراء حساب هندسي لاحتراق الشحنة بشكل مبدئي.

أساس الحساب الهندسي للتغيرات في مساحة السطح المحترق س(ه) ومنطقة تدفق القناة F(ه)=
اعتمادا على سمك القبو المحروق ههناك افتراض حول توحيد معدل حرق الوقود و= دي/ dt في جميع أنحاء حجم الشحن بأكمله. وهذا يعني أن احتراق الشحنة يحدث في طبقات متوازية (على نحو أكثر دقة، متساوية البعد) (الشكل 2.4).

في القسم الرئيسي عند سرعات تدفق الغاز المنخفضة والمنخفضة موانئ دبي/ dt يتم استيفاء معادلة توازن الكتلة بالدقة الكافية في النموذج أعلى ت س =pF /(راجع الفقرة 3.1.1)، في هذا القسم يتم تحديد الضغط بواسطة نظام المعادلات (0 ه ه 0):

;

.

متى س س

لدينا
;

;

;

.

تقييد نسبة الدفع إلى الوزن الأولية للمرحلة ص 0 =يشبه
، أين ص, أناو - الدفع الأولي، دفعة محددة وكتلة المرحلة، على التوالي.

تتغير خصائص الدفع والجر لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب بشكل ملحوظ بسبب انحرافات الشحنة ومعلمات المحرك عن تلك الاسمية. الاختلاف النسبي في الضغط أو التدفق

أين
- الانحرافات النسبية لمعدل الحرق عن قيمته المتوسطة (الصيغية)؛
- تشتت الضغط النسبي من القيمة المتوسطة بسبب الانحرافات العشوائية لمعلمات الشحن والمحرك (انظر القسم الفرعي 3.4)؛ ت 3 - تغييرات عشوائية في درجة حرارة الشحن في نطاق ضيق من أوضاع التحكم في درجة الحرارة.

أرز. 2.3. التغير في الضغط في محرك الوقود الصلب أثناءوقت.

إذا لم يكن هناك التحكم في درجة الحرارة، ثم ت 3 يأخذ في الاعتبار نطاق درجة الحرارة بالكامل في ظل ظروف التطبيق المحددة

أرز. 2.4. تحريك السطح المحترق للشحنة:

1 - طلاء الدروع. 2 - الوقود الصلب. 3- موضع السطح المحترق عند احتراق سمك القوس ه.

مع الأخذ في الاعتبار الاختلافات، فإن الحد الأقصى للضغط في المحرك يساوي

.

في التقريب التالي، يتم أخذ عدم التجانس في معدل الاحتراق في الاعتبار بسبب التغيرات في الضغط وسرعة تدفق الغاز على طول القناة، وكذلك بسبب الانحرافات المحلية في الخواص الفيزيائية والميكانيكية للوقود ودرجة حرارته وتشوهه (انظر القسم 1.2). يبدأ قسم انخفاض الضغط أثناء احتراق الشحنة عندما تقترب جبهة الاحتراق من نقطة ما على السطح تتوافق مع الاحتراق الكامل للسقف. في هذه المنطقة، تحترق شحنة الوقود المتبقية وتتدفق منتجات احتراق الوقود وتحلل الطلاءات. لتقييم التبعية س (ه) في قسم انخفاض الضغط، من الضروري مراعاة عدم تجانس معدل الاحتراق في كامل حجم الشحنة والانحرافات العشوائية لخصائصها الهندسية. مع الاعتماد المعروف س (هـ)يتم حساب الضغط باستخدام نظام المعادلات السابق، المعدل ليأخذ في الاعتبار التغيرات في كمية الغاز في حجم محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب.

وزارة التربية والتعليم في الاتحاد الروسي

جامعة ولاية جنوب الأورال

{ يو.يو. أوسولكين}

حساب كتلة الطاقة وخصائص الأبعاد لمحركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب.

أدوات.

يقدم الدليل منهجية مبسطة لتقييم تصميم معلمات محرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب، والذي يسمح للمرء بسرعة وبدرجة كافية من الموثوقية (للمراحل الأولية لتصميم الصاروخ) بتحديد الطاقة والخصائص الشاملة للكتلة لصاروخ يعمل بالوقود الصلب محرك.

تم تجميع الدليل على أساس الأحكام المنهجية المنصوص عليها في ، وهو مخصص للعمل العملي على تحديد خصائص محركات الصواريخ التي تعمل بالوقود الصلب ومشروع دورة تدريبية حول تصميم طائرة تعمل بالوقود الصلب.

البيانات الأولية:

تكوين الوقود ومعلماته في ظل الظروف القياسية (P K / P a = 40/1)؛

-دفعة دفع محددة [م/ث]؛

-الكثافة [كجم/م3]؛

- درجة حرارة الاحتراق [0 ك]؛

- ثابت الغاز [J/kg∙deg]؛

-مؤشر العملية (الثبات الحرارة) ؛

-قانون الاحتراق [مم/ث].

2. خصائص الطاقة المطلوبة للمحرك (تم الحصول عليها من نتائج التصميم الباليستي للصاروخ):

Р П – دفع المحرك في الفراغ [كيلو نيوتن]؛

- الضغط في غرفة الاحتراق [MPa]؛

- الضغط عند مخرج الفوهة [MPa].

3. قطر المحرك [م].

4. تم النظر في الرسم التخطيطي لمحرك صاروخي يعمل بالوقود الصلب النموذجي (كما هو موضح في الشكل 1).

تسلسل الحسابات.

يتم تحديد دفعة الدفع القياسية المخفضة

هنا: أ – نسبة محتوى Al في الوقود؛

.

نحن نقبل شرط ثبات متوسط ​​الضغط في غرفة الاحتراق أثناء تشغيل المحرك، أي. ص ك ≈ ص ك AV = const.

يتم تحديد وقت تشغيل المحرك واستهلاك الوقود واحتياطي الوقود المتوفر:

قطر الشحنة

حرق سمك القبو

هنا: d in - قطر القناة الداخلية، مأخوذ d in 0.2D ص

هنا، k هو المعامل الذي يأخذ في الاعتبار إمدادات الوقود غير المستخدمة، ويعتمد على شكل الشحنة، ودائرة المحرك، وشكل القناة (k=1.01÷1.05)

يتم تحديد المعلمات الهندسية للمحرك:

مجمع ديناميكي حراري

منطقة القسم الحرجة من الفوهة

هنا: χ – معامل فقدان الحرارة،

μ – معامل التدفق

قطر فوهة الحلق

درجة التمدد الهندسي للفوهة

منطقة خروج الفوهة

قطر مخرج الفوهة

إجمالي طول الفوهة (انظر الشكل 1)

هنا: β с – زاوية نصف الفتح للفوهة المخروطية

(للفوهات المخروطية عادة β s = 12÷20 0)

طول الجزء راحة من الفوهة

هنا: f - يأخذ في الاعتبار درجة الركود (عادةً f=0÷0.3)

فوهة جاحظ الطول

قطر الفوهة عند الخروج من غرفة الاحتراق

هنا

طول (ارتفاع) الجزء السفلي الأمامي

,

هنا:

طول (ارتفاع) غطاء الفوهة (القاع الخلفي)

,

هنا:

طول الجزء الأسطواني من غرفة الاحتراق

,

هنا: - طول الجزء البارز من جهاز الإشعال (يعتمد على نوع جهاز الإشعال وتصميم المحرك ككل)

طول الشحنة النسبية

5. يتم تحديد الخصائص الكتلية للمحرك

كتلة الجزء الأسطواني من غرفة الاحتراق

,

هنا: ρ ج – كثافة المادة [كجم/م 3 ]

σ in – القوة القصوى للمادة [ ]

و – عامل الأمان

وزن الجزء السفلي الأمامي والخلفي (غطاء الفوهة) (مع إهمال أبعاد قواطع الفوهات)

,

كتلة طلاء الدروع (يعتمد على مساحة السطح المدرع للشحنة وسمك الدرع وكثافة المادة ρ b)

هنا: α br =0.04÷0.1 [mm/s] – معامل ثابت لطلاء درع معين،

- القطر النسبي للقناة،

- قطر الشحنة النسبية،

كتلة الفوهات

,

هنا: k s - معامل يعتمد على شكل الشحنة وحجم القناة، k s =2.03÷3.40؛

- متوسط ​​كثافة المادة (المعادن والحماية الحرارية) للفوهة المتوسعة؛

α с – معامل التناسب لمتوسط ​​سمك جدار الفوهة مع الحماية الحرارية لقطر غرفة الاحتراق، α с =0.004÷0.008.

كتلة الحماية الحرارية

هنا: ρ tз – كثافة الطبقة الواقية من الحرارة؛

- السُمك النسبي للطبقة الواقية من الحرارة.

يمكن تحديد سمك الطبقة الواقية من الحرارة من خلال الاعتماد

وTZ هو معامل الانتشار الحراري للحماية الحرارية، وفقًا للإحصاءات

و tz =(0.5÷1.0)·10 -6 [م 2 /ث]،

- درجة حرارة بلا أبعاد،

- درجة حرارة التسخين المسموح بها لجدار غرفة الاحتراق،

-درجة الحرارة الأولية لجدار غرفة الاحتراق

وزن نقاط التعلق للقيعان وأجزاء الإشعال والتجميع

هنا: K t - معامل درجة الحرارة، اعتمادًا على نوع الوقود وتصميم الشحن، يمكنك أخذ K t = 1.2.

وزن المحرك

6. يتم تحديد الخصائص الجماعية لجسم التحكم.

نحن نعتبر حالة إنشاء قوى التحكم باستخدام فوهة المحرك المتأرجحة

هنا: m pp – كتلة تروس التوجيه (تروس التوجيه وصمامات التحكم)؛

م BIP – كتلة مصدر الطاقة الموجود على متن الطائرة (سائل العمل والخزان وصمامات التحكم) ؛

م كريب – كتلة وحدات التثبيت (نقوم بإدراج m uk في الكتلة).

تعتمد كتلة جهاز التوجيه (RS) على الطاقة المطلوبة، والتي يتم تحديدها من خلال مستوى دفع المحرك، وحجم وخصائص القصور الذاتي للجزء الدوار (المتأرجح) من الفوهة، ونوع تعليق الفوهة، وكمية قوة التحكم، أي زاوية انحراف الفوهة، والسرعة.

كتقريب أولي، يمكن للمرء أن يأخذ
هنا يتم أخذ P p بـ kN.

يعتمد وزن مصدر الطاقة الموجود على متن الطائرة على قوة RP ووقت تشغيل المحرك وتصميم الحاوية والمواد الهيكلية المستخدمة

هنا: - معدل التدفق المطلوب لسائل العمل، كجم/ثانية،

τ - وقت تشغيل المحرك، ق،

α k هو معامل الكمال لتصميم الخزان مع مراعاة وجود التعزيز.

7. يتم تحديد كتلة نظام الدفع

مثال لحساب خصائص الطاقة والكتلة الإجمالية لمحرك احتراق الوقود الصلب.

البيانات الأولية:

نختار وقود البولي يوريثين.

التركيب: بيركلورات الأمونيوم (NH 4 ClO 4) – 68%

البولي يوريثين -17%

ألومنيوم – 15%

مواصفات الوقود: R UDST = 2460 [م/ث]؛ ρ T = 1800 [كجم/م 3]؛ تي ست = 3300 [0 ك]؛ R ST = 290 [جول/كجمدرجة]؛ ك ST = 1.16؛ U(ص ك)=5.75ر ك 0.4 [مم/ث]

تم الحصول عليها من التصميم الباليستي:

R P = 1000Kn؛

ص ك = 10MPa؛

ع = 0.06 ميجا باسكال.

3. قطر المحرك (الصاروخ) Dp = 1.6 م.

تسلسل الحسابات.

1. تحديد الدافع المحدد للمحرك في الفراغ:

.

نحدد خصائص الاستهلاك واحتياطيات الوقود لمحرك الصاروخ الذي يعمل بالوقود الصلب.

ش=5.75−10 0.4 = 14.43 ملم/ثانية

3. تحديد المعلمات الهندسية للمحرك:

4. تحديد خصائص الكتلة للمحرك.

لتصنيع غلاف المحرك، سنختار بلاستيكًا عضويًا بقوة شد σ in = 1400 ميجا باسكال وكثافة ρ m = 1400 كجم/م 3. لتصنيع الفوهة نستخدم سبيكة تيتانيوم بكثافة ρ c = 4700 كجم/م3. للحماية من التأثيرات الحرارية، نستخدم TZP على أساس رابط مدمج مع ρ TZP = 1600 كجم/م3. لتسليح الشحنة، سنختار طلاء يعتمد على راتنج الفينول فورمالدهايد بكثافة ρ br = 1300 كجم/م3.

كتلة الجزء الأسطواني من غرفة الاحتراق

الوزن السفلي

كتلة الدروع

كتلة الفوهات

(هنا يتم الحصول على متوسط ​​كثافة مادة الفوهة بافتراض أن نسبة سمك جدار الفوهة والطلاء الواقي من الحرارة هي 1:2).

كتلة الحماية الحرارية

وزن نقاط التعلق

وزن المحرك

5. تحديد كتلة التحكم

لنفترض أن معدل تدفق مائع العمل خلال RP يساوي =2 كجم/ث، معامل الكمال التصميمي α k =0.15، إذن:

6. وزن نظام الدفع

وبالتالي، تم تحديد جميع المعلمات اللازمة للمحرك الصاروخي الذي يعمل بالوقود الصلب لمزيد من تصميم الصاروخ.

الأدب.

تصميم واختبار الصواريخ الباليستية. إد. في و. فارفولوميف وم. Kopytov، دار النشر MO، M.، 1970 – 392 ص.

بافليوك يو إس. تصميم الصواريخ الباليستية. كتاب مدرسي للجامعات. دار النشر ChSTU، تشيليابينسك، 1996 – 114 ص.