И с т о р и я к о с м о н а в т и к и

Галерея

Твердотопливные ракетные двигатели

Конструкция двигателя на твердом топливе (ТТРД) проста; он состоит из корпуса (камеры сгорания) и реактивного сопла. Камера сгорания является основным несущим элементом двигателя и ракеты в целом. Материалом для его изготовления служит сталь или пластик. Сопло предназначено для разгона газов до определенной скорости и придания потоку требуемого направления. Представляет собой закрытый канал специального профиля. В корпусе находится топливо. Корпус двигателя обычно изготавливают из стали, иногда — из стеклопластика. Часть сопла, которая испытывает наибольшее напряжение, делается из графита, тугоплавких металлов и их сплавов, остальная часть — из стали, пластмасс, графита.

Когда газ, образовавшийся в результате сгорания топлива, проходит через сопло, он вылетает со скоростью, которая может быть больше скорости звука. Как результат — возникновение силы отдачи, направление которой противоположно истечению струи газа. Эту силу называют реактивной, или просто тягой. Корпус и сопло работающих двигателей необходимо защищать от прогорания, для этого в них применяют теплоизолирующие и жаропрочные материалы.

ТТРД в разрезе: 1 — воспламенитель; 2 — топливный заряд; 3 — корпус; 4 — сопло

По сравнению с другими типами ракетных двигателей, ТТРД достаточно просто устроен, но имеет пониженную тягу, малое время работы и сложности в управлении. Поэтому, являясь достаточно надежным, он используется, в основном, для создания тяги при «вспомогательных» операциях и в двигателях межконтинентальных баллистических ракет.

До настоящего времени ТТРД редко использовались на борту космических аппаратов. Одна из причин этого — чрезмерное ускорение, которое сообщается конструкции и аппаратуре ракеты при работе твердотопливного двигателя. А для старта ракеты необходимо, чтобы двигатель развивал небольшую по величине тягу в течение продолжительного промежутка времени.

Твердотопливные двигатели позволили США осуществить в 1958 году вслед за СССР запуск первого своего искусственного спутника и вывести в 1959 году космический аппарат на траекторию полета к другим планетам. На сегодняшний день именно в США создан самый мощный космический ТТРД — DM-2, способный развить тягу в 1634 т.

Перспективами развития космических двигателей на твердом топливе являются:

• улучшение технологий изготовления двигателя;
• разработка реактивных сопел, которые смогут работать большее время;
• использование современных материалов;
• совершенствование составов смесевого топлива и т. д.

Твердотопливный ракетный двигатель (ТТРД) — двигатель, работающий на твердом горючем, наиболее часто используется в ракетной артиллерии и значительно реже в космонавтике; является старейшим из тепловых двигателей.

В качестве топлива в таких двигателях применяют твердое вещество (смесь отдельных веществ), способное гореть без доступа кислорода, выделяя при этом большое количество раскаленных газов, которые используются для создания реактивной тяги.

Существуют два класса горючего для ракет: двухосновные топлива и смесевые топлива.

Двухосновные топлива — представляют собой твердые растворы в нелетучем растворителе (чаще всего нитроцеллюлоза в нитроглицерине). Достоинства — хорошие механические, температурные и другие конструкционные характеристики, сохраняют свои свойства при длительном хранении, просты и дешевы в изготовлении, экологичны (при сгорании нет вредных веществ). Недостаток — сравнительно невысокая мощность и повышенная чувствительность к ударам. Заряды из этого топлива применяются чаще всего в небольших корректирующих двигателях.

Смесевые топлива — современные смеси состоят из перхлората аммония (в качестве окислителя), алюминия в форме порошка и органического полимера — для связывания смеси. Алюминий и полимер играют роль горючего, причем металл является основным источником энергии, а полимер — основным источником газообразных продуктов. Характеризуются нечувствительностью к ударам, высокой интенсивностью горения при низких давлениях и очень трудно гасятся.

Горючее в виде топливных зарядов помещается в камеру сгорания. После старта горение продолжается до полного выгорания горючего, тяга изменяется по законам, обусловленным горением топлива, и практически не регулируется. Изменение тяги достигается использованием топлива с различными скоростями горения и выбором подходящей конфигурации заряда.

При помощи воспламенителя компоненты топлива разогреваются, между ними начинается химическая реакция окисления-восстановления, и топливо постепенно сгорает. При этом образуется газ с высоким давлением и температурой. Давление раскаленных газов при помощи сопла превращается в реактивную тягу, которая по своей величине пропорциональна массе продуктов сгорания и скорости их вылета из сопла двигателя.

При всей простоте точный расчет эксплуатационных параметров ТТРД является сложной задачей.

Ракетный двигатель на твердом топливе

Твердотопливные двигатели обладают рядом преимуществ перед жидкостными ракетными двигателями: двигатель достаточно прост для изготовления, может храниться долгое время, сохраняя при этом свои характеристики, относительно взрывобезопасен. Однако по мощности они уступают жидкостным двигателям примерно на 10–30 %, имеют сложности при регулировании мощности и большую массу двигателя в целом.

В ряде случаев применяется разновидность ТТРД, в котором один компонент горючего находится в твёрдом состоянии, а второй (чаще всего окислитель) — в жидком.

Твердотопливный ракетный двигатель строение

Глава 1. РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

1.1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Ракетный двигатель, работающий на твердом топливе, состоит из корпуса, заряда твердого топлива, соплового блока и воспламенительного устройства. Необходимыми элементами двигательной установки (ДУ) управляемой ракеты на твердом топливе являются также устройство создания управляющих усилий и устройство отсечки тяги (рис. 1.1).

Двигательные установки ракет различных типов в основном являются твердотопливными. Только в ракетах носителях космических аппаратов преимущественное распространение получили жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Маршевые ступени некоторых управляемых ракет с большой продолжительностью полета оснащаются воздушно-реактивными двигателями.

Ниже кратко описаны области применения твердотопливных двигательных установок и основные параметры ракет.

1. Неуправляемые ракеты. К ним относятся реактивные системы залпового огня (РСЗО, рис. 1.2 и табл. 1.1, в которой приведены основные данные некоторых советских ракет «Катюша» 1941…1945 гг. [14]), реактивные глубинные бомбы, зенитные, авиационные, реактивные противотанковые гранатометы, тактические, специальные (например, в системах разминирования).

2. Управляемые ракеты (УР) с аэродинамическими органами управления полетом (на активном и пассивном участках): противотанковые (табл. 1.2), переносные зенитные, зенитные управляемые (табл. 1.3) ракеты классов «земля-воздух», «воздух-воздух», «воздух-земля», противокорабельные, противолодочные и ракеты-торпеды. Для скорейшего перехода к управляемому (маршевому) участку полета, а также во избежание соударения ракеты с поверхностью земли или моря (при характерном для УР наклонном старте) на стартовом (как правило, не управляемом) участке обеспечивается высокая тяговооруженность обычно с помощью стартовых твердотопливных ускорителей или РДТТ с двумя режимами тяги.

3. Управляемые баллистические ракеты: оперативно-тактические (ОТР) и баллистические ракеты средней дальности (БРСД), межконтинентальные баллистические ракеты (табл. 1.4); баллистические ракеты подводных лодок (табл. 1.5).

В США разработка стратегических ракет с маршевыми ЖРД практически прекращена более 20 лет назад; снимается с вооружения ракета «Титан-2» (принята в 1963 г.). Ампулизированные ЖРД применяются в США в основном в ДУ головных частей (ДУГЧ) твердотопливных стратегических ракет, где требуется глубокое регулирование тяги. Однако для подводных лодок более приемлемой оказалась менее эффективная энергетически, но более безопасная в эксплуатации твердотопливная ДУГЧ (например «Трайдент-1»).

На баллистических ракетах в соответствии со схемой действия применяются также различные РДТТ с малой продолжительностью работы: тормозные, увода обтекателей, закрутки боевых блоков, ступеней.

Рис. 1.1 Ракетный двигатель на твердом топливе:

1 – воспламенительное устройство; 2 – теплозащитное покрытие; 3 – корпус типа «кокон»; 4 – заряд смесевого твердого топлива; 5 – линия, соответствующая половине толщины свода; 6 – передний узел крепления; 7 — задний узел крепления; 8 – рулевой привод; 9 – частично вдвинутое поворотное сопло; 10 – силовая оболочка; 11 – герметизирующий слой; 12 – антидиффузионный слой; 13 – защитно-крепящий слой; 14 – слой, контактирующий с потоком; 15 – слой, исключающий склеивание манжеты с покрытием; 16 – манжета.

Твердотопливный ракетный двигатель

В этой статье не хватает ссылок на источники информации.

Твердото́пливный раке́тный дви́гатель (РДТТ — ракетный двигатель твёрдого топлива) использует в качестве топлива твёрдое горючее и окислитель.

Содержание

История

Самые ранние сведения об использовании твердотопливных ракет (китайских пороховых ракет) относятся к XIII веку. Вплоть до XX века все ракеты использовали ту или иную форму твёрдого топлива.

Первая [источник не указан 402 дня] отечественная твердотопливная ракета ПР-1, испытанная в Капустином Яре в 1959 году, имела дальность всего 60-70 км. В связи с тем что создание эффективного топлива для подобных ракет является весьма сложной научной и технологической задачей, долгое время все отечественные ракеты среднего и дальнего радиуса действия строились с жидкостными двигателями.

Достоинства и недостатки

Достоинствами твёрдотопливных ракет являются: относительная простота, нетоксичность применяемых компонентов топлива, низкая пожароопасность, возможность долговременного хранения, надёжность.

Недостатками таких двигателей являются достаточно низкий удельный импульс и относительные сложности с управлением тягой двигателя (дросселированием), его остановкой (отсечка тяги) и повторным запуском, по сравнению с ЖРД.

Применение

В моделизме

В ракетомоделировании используется 2 типа двигателей на твёрдом топливе. Первые — на основе дымного пороха (в Америке такие двигатели имеются в свободной продаже). Но обычно используют расплав или смесь калийной селитры и углеводов (сахар, сорбит и декстроза) — это т. н. «карамель», она изготовляется самостоятельно. Ракетные двигатели обычно имеют сопло, но иногда делают и бессопловые двигатели. Их обычно изготовляют из картонных гильз для охотничьих ружей, в качестве сопла используется отверстие для капсюля.

В настоящее время существуют программы для расчёта характеристик таких двигателей. Наиболее популярная — «SRM» авторства Ричарда Накки (существует и русскоязычная версия).

Топливо

Топливо РДТТ американских межконтинентальных ракет состояло из смеси на основе перхлората аммония в качестве окислителя и горючего полиуретана с алюминием (первая ступень), с присадками (связующего НТРВ (англ. Hydroxyl Terminated Poly Butadien — полибутадиена с концевой гидроксильной группой), улучшающими стабильность скорости горения, формование и хранения заряда и смесью на основе перхлората аммония в качестве окислителя и горючего полиуретана в смеси с сополимером полибутадиена и акриловой кислоты (вторая ступень).

См. также

Ссылки

Советские и российские ракетные двигатели
низковысотные ЖРД

Возвратно-поступательные	Количество тактов Двухтактный двигатель (двигатель Ленуара) • Четырёхтактный двигатель • Шеститактный двигатель (двигатель Гриффина) Расположение цилиндров Рядный двигатель (U-образный двигатель) • Оппозитный двигатель • V-образный двигатель • W-образный двигатель • Звездообразный двигатель (вращающийся) • X-образный двигатель Типы поршней Свободно-поршневые • Двигатель со встречным движением поршней (дельтообразный) • Аксиальные Способ воспламенения Дизельные • Компрессионные карбюраторные • Калильно-компрессионный • Калильные карбюраторные • Батарейное зажигание • Магнето • Дуговые и искровые свечи
Роторные	Двигатель Ванкеля • Орбитальный двигатель (двигатель Сарича) • Роторно-лопастной двигатель Вигриянова • Роторный двигатель Карфидова
Комбинированные	Гибридные

Основные типы	Бескомпрессорные Прямоточные • Пульсирующие Турбореактивные Турбовентиляторные (двухконтурные) • Турбовинтовые • Турбовинтовентиляторные • Турбовальные
Модификации и гибридные системы	Мотокомпрессорный воздушно-реактивный двигатель • Гиперзвуковые прямоточные
См. также: Газотурбинные двигатели

Химические	Жидкостные Закрытого цикла • Открытого цикла • С фазовым переходом • Двигатель Вальтера Другие Твердотопливные • Топливно-гибридные
Ядерные	Термоядерные • Газофазно-ядерные • Солевые
Электрические	Плазменные (электромагнитный ускоритель VASIMR) • Ионные • Электротермические • Электростатические
Другие	Клиновоздушный • Двигатель Бассарда

По виду рабочего тела Газовые Газотурбинная установка • Газотурбинная электростанция • Газотурбинные двигатели‎ Паровые Парогазовая установка • Конденсационная турбина Гидравлические турбины‎ Пропеллерная турбина • • Гидротрансформатор По конструктивным особенностям Осевая (аксиальная) турбина • Центробежная турбина (радиальная, тангенциальная) • Радиально-осевая турбина • Поворотно-лопастная турбина • Ковшовая турбина Пелтона (турбина Турго) • Ротор Дарье • Турбина Уэльса • Турбина Тесла • Турбина Франциса • Сегнерово колесо

Постоянного тока • Переменного тока • Трёхфазные • Двухфазные • Однофазные • Универсальные
Асинхронные	Конденсаторный двигатель
Синхронные	Бесколлекторные • Коллекторные • Вентильные реактивные • Шаговые
Другие	Линейные • Гистерезисные • Униполярные • Ультразвуковые • Мендосинский мотор

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Твердотопливный ракетный двигатель» в других словарях:

твердотопливный ракетный двигатель — kietojo kuro raketinis variklis statusas T sritis Gynyba apibrėžtis Raketinis variklis, naudojantis kietąjį raketinį kurą. Kietojo kuro raketinis variklis susideda iš korpuso (degimo kameros), kuriame yra visas raketinis kuras, reaktyvinių tūtų,… … Artilerijos terminų žodynas

Твердотопливный ракетный двигатель — (РДТТ) пороховой ракетный двигатель, ракетный двигатель твёрдого топлива, Реактивный двигатель, работающий на твёрдом ракетном топливе (Порохах). В РДТТ всё топливо в виде заряда помещается в камеру сгорания (См. Камера сгорания);… … Большая советская энциклопедия

ТВЕРДОТОПЛИВНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — см. Ракетный двигатель твёрдого топлива … Большой энциклопедический политехнический словарь

Твердотопливный ракетный двигатель — широко применяется в качестве стартового и маршевого двигателя ракет различных классов, реактивных снарядов, глубинных бомб и как ускоритель при взлёте самолётов. По сравнению с жидкостным ракетным двигателем имеет ряд преимуществ: высокая… … Словарь военных терминов

Ракетный двигатель твердого топлива — Твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ ракетный двигатель твердого топлива) использует в качестве топлива твёрдое горючее и окислитель. Самые ранние сведения об использовании твердотопливных ракет (китайских пороховых ракет) относятся к XIII… … Википедия

Ракетный двигатель — (РД) Реактивный двигатель, использующий для своей работы только вещества и источники энергии, имеющиеся в запасе на перемещающемся аппарате (летательном, наземном, подводном). Т. о., в отличие от воздушно реактивных двигателей (См.… … Большая советская энциклопедия

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЁРДОГО ТОПЛИВА — (РДТТ), твердотопливный ракетный двигатель, пороховой двигатель, ракетный двигатель, работающий на твёрдом топливе коллоидном (наз. также порохами) или смесевом металлсодержащем топливе; применяется в ракетной артиллерии и космонавтике; старейший … Большой энциклопедический политехнический словарь

Ракетный двигатель — реактивный двигатель, источник энергии и рабочее тело которого находится в самом средстве передвижения. Ракетный двигатель единственный практически освоенный для вывода полезной нагрузки на орбиту искусственного спутника Земли и применения в… … Википедия

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА (РДТТ) — (твердотопливный, пороховой), химический ракетный двигатель (см. РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ), работающий на твердом ракетном топливе. Применяется в ракетах (см. РАКЕТА), космических летательных аппаратах (см. КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ) и самолетах (см.… … Энциклопедический словарь

РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА — (РДТТ) (твердотопливный пороховой), химический ракетный двигатель, работающий на твердом ракетном топливе. Применяется в ракетах, космических летательных аппаратах и самолетах … Большой Энциклопедический словарь