Твердотопливный двигатель

Кожух

Кожух может быть изготовлен из различных материалов. Картон используется для небольших моделей двигателей с черным порохом , в то время как алюминий используется для более крупных любительских двигателей на композитном топливе. Сталь использовалась для ускорителей космических кораблей . Графитовые эпоксидные кожухи с намотанной нитью используются для высокопроизводительных двигателей.

Корпус должен быть спроектирован таким образом, чтобы выдерживать давление и возникающие в результате нагрузки ракетного двигателя, возможно, при повышенной температуре. По конструкции кожух считается сосудом под давлением .

Чтобы защитить корпус от агрессивных горячих газов, на внутренней стороне корпуса часто используется временная термоизоляция, которая удаляется, чтобы продлить срок службы корпуса двигателя.

Твердотопливные ракеты: топливная смесь

Ракетные двигатели на твердом топливе — это первые двигатели, созданные человеком. Они были изобретены сотни лет назад в Китае и используются до сих пор. О красных бликах ракет поется в национальном гимне (написанном в начале 1800-х) — имеются в виду небольшие боевые ракеты на твердом топливе, используемые для доставки бомб или зажигательных устройств. Как видите, такие ракеты существуют уже давненько.

Идея, которая лежит в основе ракеты на твердом топливе, довольно проста. Вам нужно создать нечто, что будет быстро гореть, но не взрываться. Как вы знаете, порох не подходит. Оружейный порох на 75 % состоит из нитрата (селитры), 15 % угля и 10 % серы. В ракетном двигателе взрывы не нужны — нужно, чтобы топливо горело. Можно изменить смесь до 72 % нитрата, 24 % угля и 4 % серы. Вместо пороха вы получите ракетное топливо. Эта смесь будет быстро гореть, но не взорвется, если правильно ее загрузить. Вот типичная схема:

Достоинства и недостатки

Достоинствами твердотопливных ракет являются: относительная простота, отсутствие проблемы возможных утечек токсичного топлива, низкая пожароопасность, возможность долговременного хранения, надёжность.

Недостатками таких двигателей являются невысокий удельный импульс и относительные сложности с управлением тягой двигателя (дросселированием), его остановкой (отсечка тяги) и повторным запуском, по сравнению с ЖРД; как правило, больший уровень вибраций при работе, большое количество агрессивных веществ в выхлопе наиболее распространённых видов топлива с перхлоратом аммония.

Используемое топливо

Характеристики твердого ракетного топлива связаны, прежде всего, с контролем над составом и процессом сгорания топлива, а также с процессом изготовления порохового блока. Эта область химии постоянно развивается. Лишь несколько стран сегодня освоили использование самых мощных порохов.

• Двухосновные порохы: например, нитроцеллюлоза и нитроглицерин с удельным импульсом 235 секунд.
• В композитных пропеллент
  • Наиболее распространенным из композитов, используемых в современных пусковых установках, является составной пропеллент из перхлората аммония, который содержит смесь перхлората аммония (окислитель), алюминиевого порошка (восстановитель) и полибутадиена (горючее, которое также играет роль связующего вещества). Получаемый удельный импульс составляет 250 секунд.
  • Композиты с высокими эксплуатационными характеристиками, полученные путем смешивания композита с высокомощным взрывчатым веществом, таким как октоген и гексоген, достигают удельного импульса 275 секунд, но используются мало из-за более высокого риска аварии.

• Любительские или экспериментальные ракеты
  • Черный порошок ( угль , нитрат калия и сер ) дает определенный импульс 80 секунд и тягу около 40 ньютонов .
  • Цинка и серы  : гореть очень быстро (прогрессирование фронта горения от 2 -х метров в секунду ).
  • Сахара ракетного топлива  : окислитель (нитрат калия, например) и топливо на основе сахара ( сахароза , глюкоза ) обеспечивает определенный импульс 130 секунд .

Дизайн

Одно из твердых ракетных топлив ракеты Delta IV

Ракета Пегас состоит из 3 ступеней твердого топлива.

Восстановление двигателей космического корабля многоразового использования

В основе конструкции твердого ракетного топлива лежит ожидаемая тяга, которая сама определяет массу окислителя и восстановителя. Геометрия и тип твердого топлива устанавливаются таким образом, чтобы соответствовать характеристикам топлива.

Следующие параметры выбираются или определяются совместно; после фиксации они позволяют зафиксировать геометрию порошкового блока, сопла и корпуса:

• Порошок горит с расчетной скоростью, которая зависит от площади открытого порохового блока и давления в камере сгорания.
• Давление в камере сгорания определяется диаметром сопла и скоростью горения пороха.
• Давление в камере сгорания ограничено конструкцией кожуха.
• Время горения определяется толщиной слоя пороха (определяется диаметром ракеты и диаметром канала горения).

Порошок может быть, а может и не быть единым целым с оболочкой. Пропелленты, которые имеют блок пороха за одно целое с кожухом, проектировать труднее, поскольку деформация блока пороха и кожуха во время горения должна быть совместимой.

Среди наиболее частых проблем, возникающих при использовании этого типа движителя, являются наличие воздушных карманов или трещин в блоке пороха, а также отделение блока от корпуса. Все эти дефекты вызывают немедленное увеличение поверхности горения и одновременное увеличение количества выделяемого газа и давления, что потенциально может быть причиной повреждения оболочки.

Другой тип происшествий связан с конструкцией стыков, которые обеспечивают стык между различными сегментами (секциями) конверта. Наличие нескольких сегментов необходимо, когда конверт необходимо открыть для загрузки блока порошка. Когда уплотнение теряет герметичность, горячие газы постепенно расширяют зазор до тех пор, пока пропеллент не разрушится. Этот тип отказа стал причиной крушения космического корабля «Челленджер» .

Хобби и любительская ракетная техника

Ракетные двигатели на твердом топливе можно купить для использования в модельной ракетной технике ; Обычно они представляют собой небольшие цилиндры с черным пороховым топливом со встроенным соплом и, необязательно, небольшой заряд, который срабатывает, когда топливо истощается после некоторой задержки. Этот заряд можно использовать для запуска камеры или раскрытия парашюта . Без этой зарядки и задержки двигатель может зажечь вторую ступень (только черный порох).

В ракетной технике средней и большой мощности широко используются серийные двигатели APCP. Они могут быть одноразовыми или перезаряжаемыми. Эти двигатели доступны в импульсных диапазонах от «A» (1,26–2,50 нс) до «O» (20,48–40,96 кН) от нескольких производителей. Они производятся стандартного диаметра и различной длины в зависимости от требуемого импульса. Стандартные диаметры двигателя — 13, 18, 24, 29, 38, 54, 75, 98 и 150 миллиметров. Доступны различные составы пороха для создания различных профилей тяги, а также «специальных эффектов», таких как цветное пламя, следы дыма или большое количество искр (получаемых при добавлении в смесь титановой губки).

Твердотопливные ракеты: конфигурации

Читая описание для современных твердотопливных ракет, часто можно найти вот такое:

Здесь объясняется не только состав топлива, но и форма канала, пробуренного в центре топлива. «Перфорация в виде 11-конечной звезды» может выглядеть вот так:

Твердотопливные двигатели обладают тремя важными преимуществами:

• простота
• низкая стоимость
• безопасность

Но есть и два недостатка:

• тягу невозможно контролировать
• после зажигания двигатель нельзя отключить или запустить повторно

Недостатки означают, что твердотопливные ракеты полезны для непродолжительных задач (ракеты) или систем ускорения. Если вам понадобится управлять двигателем, вам придется обратиться к системе жидкого топлива.

Применение

Нашел себе применение турбовальный двигатель и на земле. Правильнее даже говорить, что именно на земле он изначально и использовался, и только после появления авиации, как таковой, «переселился» на небо. Его можно встретить и на транспорте, и на различных магистральных станциях, где он обычно используется, как альтернатива дизельного двигателя. В сравнении с дизелем ТВД более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера.

В промышленности и народном хозяйства

ТВаД успешно используется в качестве нагнетателя природного газа на газоперекачивающих станциях. Его нередко можно увидеть на крупных газовых магистралях. Одна из последних разработок газовая турбина T16, мощностью 16 МВт. Короткое видео с применением турбовального двигателя в электроэнергетики.

Основные показатели:

• 16,5 МВт — мощность на валу.
• 37% — КПД, механический привод.
• 36% — КПД, электрический (простой цикл).
• 80% — КПД, комбинированное производство электроэнергии и тепла
• 200 000 часов — полный жизненный цикл
• выбросы NOx — не более 25 ppm.

Турбовальные двигатели используются в мобильных электростанциях для привода генератора. Электростанции с данным двигателем занимают меньший объем, аналогичной электростанции с традиционными двигателями.

В транспортной сфере

Несмотря на то, что в большинстве случаев турбовальные двигатели описываются, как силовые установки вертолетов, их применение не ограничено только ими. Частенько ТВаД играет роль не основного движителя, а вспомогательной установки. Такими установками обычно оснащаются самолеты, а используются они для питания энергией основных систем судна при его наземном обслуживании. То есть, когда самолет находится на земле, не обязательно запускать его основные моторы для получения электричества или создания давления в гидросистемах, для этого достаточно запуска такой небольшой установки. Также ТВаД используется в качестве пускового агрегата, который проворачивает ротор турбины при запуске. В этом случае он имеет название турбостартер.

Вид железнодорожного транспорта, на который устанавливается ТВаД, носит название газотурбовоз. Принцип его работы заключается в том, что турбовальный двигатель вращает вал генератора, вырабатывающего электрический ток. Ток поступает на электромоторы, которые, по сути, и являются основной силовой установкой. История газотурбовозов началась в 60-е годы, когда были сконструированы первые опытные образцы, правда, потом они уступили место более известным сейчас электровозам. Вместе с тем с 2007 года возобновились работы по созданию газотурбовозов, и даже был создан пробный экземпляр, работающий на сжиженном газе. Его испытания прошли успешно, так что в скором будущем, возможно, он будет выпускаться серийно.

Не обошли стороной ТВаД и создатели военной наземной техники. Некоторые танки, в том числе и отечественный Т-80 и американский М1 Abrams, оснащены ТВаД. Короткое видео разработки, внедрения и применения турбовального двигателя на танке.

Турбовальные двигатели также используются и на водном транспорте, называемом газотурбоходами. К ним относятся суда на воздушной подушке или на подводных крыльях. Наиболее известным отечественным газотурбоходом является военное судно «Зубр» — наиболее крупный десантный корабль на воздушной подушке. Этот гигант известен далеко за пределами России и является мировым рекордсменом среди суден на воздушной подушке по своим габаритам. А вот с отечественными пассажирскими газотурбоходами как-то не сложилось. Судно «Циклон», сконструированное в 80-хх годах, не пережило перестройки и со временем забылось, а новые пассажирские суда, оснащенные ТВаД пока не появились.

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем

Десантное судно «Зубр»

Описание

Схема твердотопливного ракетного топлива

Простой твердотопливный двигатель состоит из корпуса, обычно стального, сопла , пороха (топлива) и воспламенителя. Блок пороха пронизан каналом, расположенным в основном на оси, который служит камерой сгорания . Воспламенитель воспламеняет порох на одном конце канала, и горение немедленно распространяется по всему контуру канала. Он постепенно расширяется по мере развития горения. Порошок, представляющий собой твердую массу, горит с предсказуемой скоростью, образуя дымовые газы, которые выбрасываются через сопло. Его размер рассчитывается таким образом, чтобы поддерживать желаемое давление в камере сгорания при создании ожидаемой тяги.

Пропеллент содержит как горючее, так и окислитель. Остальные компоненты добавляются в меньших пропорциях:

• связующее
• сшивающий агент
• катализатора , который способствует химической реакции
• возможно регулятор горения

После воспламенения композитный пороховой пропеллент больше не может быть отключен, поскольку камера сгорания содержит все компоненты, поддерживающие процесс горения. Самые совершенные подруливающие устройства не только позволяют направлять тягу, но также могут быть выключены, а затем снова включены путем изменения геометрии сопла и использования вентиляционных отверстий. Есть также импульсные форсунки, которые горят сегментами и могут быть повторно воспламенены по запросу.

Современные двигатели могут включать в себя управляемое сопло для наведения, авионику, систему восстановления (парашют), механизмы самоуничтожения, вспомогательный генератор энергии, а также двигатели, управляющие ориентацией ракеты.

Применение

Космонавтика

Многокамерный ракетный двигатель твёрдого топлива для катапультирования кресла с «Бурана» (слева)

Редко используются в советской и российской космонавтике (например, Старт (ракета-носитель)), однако широко применялись и применяются в ракетной технике других стран, например в США. В основном это элементы первой ступени (боковые ускорители):

• Боковой ускоритель МТКК Спейс шаттл и Space Launch System.
• Вторая ступень Наро-1 (Республика Корея), Антарес (США).
• Семейство твердотопливных ступеней Castor (англ.)русск..
• Японская ракета SS-520.

Боевые ракеты

Баллистические ракеты подводных лодок

• UGM-27 «Поларис» (1960)
• UGM-73 «Посейдон» (1970)
• UGM-96 «Трайдент» (1979)
• M1 (1972)
• M20 (1976)
• M45 (1996)
• M51
• Р-39 (1983)
• Р-30 «Булава»

Межконтинентальные баллистические ракеты

• LGM-30 «Минитмен» (1962)
• MX «Пискипер» (1986)
• РТ-23 УТТХ «Молодец»(1987)
• РТ-2ПМ «Тополь» (1982)
• РТ-2ПМ2 «Тополь-М» (1998)
• РС-24 «Ярс» (2009)
• РС-26 «Рубеж» (2017)

Противоракеты системы ПВО

LIM-49A «Спартен»

ПЗРК

Игла

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 (или реже натриевой 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.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой

Рис. 2. Схема ТРДФ. 1 – турбокомпрессор; 2 – блок форсажной камеры; 3 – сопло; 4 – форсажная камера; 5 – стабилизаторы пламени.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) (рис. 2) широко применяется на скоростных боевых самолётах.

Как и в ТРД, основу внутреннего контура ТРДФ составляет турбокомпрессор (газогенератор), включающий в себя компрессор, камеру сгорания и турбину. Между турбокомпрессором и соплом (обычно регулируемым, т. е. с изменяемой площадью потока) установлена форсажная камера, в которой сжигается дополнительное горючее (керосин), подаваемое через форсунки форсажной камеры. Стабилизаторы пламени обеспечивают устойчивое горение обеднённой кислородом топливной смеси (часть кислорода воздуха использована при горении керосина в камере сгорания турбокомпрессора). За счёт сжигания дополнительного топлива происходит увеличение тяги (форсирование, форсаж – франц. forçage, от forcer – вынуждать, чрезмерно напрягать) на 50% и более, что связано, однако, с резким повышением расхода топлива. Поэтому режим форсажа используется кратковременно на взлёте для сокращения длины разбега и в воздушном бою для увеличения скороподъёмности и скорости полёта. Использование форсажных режимов на крейсерском полёте экономически невыгодно.

Основными характеристиками двигателя любого типа являются: масса двигателя $m_{дв}$ и его габариты; стартовая тяга двигателя $P_{дв0}$; удельная масса двигателя $g_{дв} = m_{дв}/P_{дв0}$ (кг/Н); удельный расход двигателя $C_р$,  показывающий расход массы топлива на создание 1Н  тяги в час, [кг/(Н×ч)]; высотно-скоростные  характеристики  $P = f(H, V)$ и $C_р = f(H,V)$; ресурс двигателя.

Качественный характер высотно-скоростных характеристик ГТД включает тяговые и высотные характеристики, которые определяются главным образом степенью повышения давления в компрессоре, степенью двухконтурности и температурой газа перед турбиной.

Потребная для определённых условий полёта тяга (мощность) обеспечивается выбором соответствующего режима работы силовой установки. Лётчик управляет режимом работы двигателя с помощью рычага управления двигателем (РУД), перемещение которого регулирует, т. е. увеличивает или уменьшает – дросселирует (от нем. drosseln – душить, сокращать), расход топлива.

Большинство современных пассажирских самолётов оборудуются вспомогательной силовой установкой (ВСУ) – небольшим ГТД, вся мощность которого используется не для создания тяги, а для снабжения энергией бортовых систем самолёта. При стоянке на земле ВСУ обеспечивает работу электросистем, радиооборудования, системы кондиционирования самолёта, техническое обслуживание самолёта и его систем, запуск основных двигателей, что делает самолёт независимым от аэродромных источников энергии. ВСУ может применяться и как источник энергии в аварийных ситуациях в полёте.

Разновидность ТРД – турбовентиляторный двигатель.

Двигатель самолёта является основным источником шума в кабине и на местности. Для удовлетворения требований по уровню допустимого шума в конструкции самолёта используют материалы и устройства, изолирующие источник шума или поглощающие шум. Звукоизоляционные прокладочные материалы ограждают источник шума и ослабляют звук при его проникновении через ограждение (см. в статье ).

Конфигурации твердотопливных ракет

В описаниях твердотопливных ракет можно часто встретить следующее:

«Топливо для ракет состоит из перхлората аммония (окислитель, по весу – 69,6%), полимера (связующая смесь – 12,04%), алюминия (16%), оксида железа (катализатор – 0,4%) и эпоксидный отверждащий агент (1,96%). Перфорация сделана в форме 11-конечной звезды, находящейся в переднем сегменте двигателя и в форме дважды усеченного конуса в каждом из остальных сегментов, в т.ч. и конечном. Благодаря такой конфигурации при розжиге обеспечивается высокая тяга, а затем, через 50 с после старта, она уменьшается приблизительно на треть, предотвращая перенапряжение аппарата в период максимального динамического давления.

В этом плане объясняется не просто состав топлива, но и форма канала, который был пробуренный в центре топлива. Как выглядит перфорация в виде 11-конечной звезды, можете увидеть на фото:

Весь смысл в том, чтобы увеличить площадь поверхности канала, и соответственно, увеличить площадь выгорания, в результате чего увеличиться тяга. По мере сгорания топлива, форма меняется к кругу. Такая форма в случае с космическим шаттлом дает серьезную изначальную тягу, которая в средине полета становится немного послабее.

Твердотопливные двигатели имеют 3 важные преимущества:

• низкая стоимость;
• простота;
• безопасность.

Хотя есть и 2 недостатка:

двигатель нельзя отключать или запускать повторно после зажигания;

невозможность контроля тяги.

Недостатки означают, что тип твердотопливных ракет подходит только для непродолжительных задач или систем ускорения. Если вам нужно управлять двигателем, то придется прибегнуть к системе жидкого топлива.

Представление

Хорошо спроектированное твердое ракетное топливо обеспечивает удельный импульс в 265 секунд, который можно сравнить с импульсом смеси керосин / жидкий кислород (330  с ) и жидкий водород / жидкий кислород (450  с ).

Этот тип двигателя малой тяги может обеспечить большую тягу при относительно низких затратах. По этой причине твердотопливные ракетные двигатели используются на первой ступени ракет, в то время как двигатели с высоким удельным импульсом, особенно на водороде, зарезервированы для верхних ступеней. Кроме того, твердотельные двигатели всегда использовались для вывода спутников на их конечную орбиту ( апогейный двигатель ), потому что они просты, надежны, компактны и имеют относительно высокую удельную энергию.

Для использования в военных целях еще одним важным преимуществом является возможность использования этого типа топлива после длительных периодов хранения и скорость его использования (отсутствие длительной и деликатной дозаправки топливом непосредственно перед вводом в действие. Огонь).

Малые ГТД области применения

Микротурбины применяют в промышленности и быту в качестве автономных источников электроэнергии. — Мощность микротурбин составляет 30-1000 кВт; — объем не превышает 4 кубических метра.

Среди преимуществ малых ГТД можно выделить: — широкий диапазон нагрузок; — низкая вибрация и уровень шума; — работа на различных видах топлива; — небольшие габариты; — низкий уровень эмиссии выхлопов.

Отрицательные моменты: — сложность электронной схемы (в стандартном варианте силовая схема выполняется с двойным энергопреобразованием); — силовая турбина с механизмом поддержания оборотов значительно повышает стоимость и усложняет производство всего агрегата.

На сегодняшний день турбогенераторы не получили такого широкого распространения в России и на постсоветском пространстве, как в странах США и Европы в виду высокой стоимости производства. Однако, по проведенным расчетам, одиночная газотурбинная автономная установка мощностью 100 кВт и КПД 30% может быть использована для энергоснабжения стандартных 80 квартир с газовыми плитами.

Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.

За счет установки абсорбционных холодильников, микротурбина может использоваться в качестве системы кондиционирования и для одновременного охлаждения значительного количества помещений.

Автомобильная промышленность

Малые ГТД продемонстрировали удовлетворительные результаты при проведении дорожных испытаний, однако стоимость автомобиля, за счет сложности элементов конструкции многократно возрастает. ГТД с мощностью 100-1200 л.с. имеют характеристики, подобные бензиновым двигателям, однако в ближайшее время не ожидается массовое производство таких авто. Для решения этих задач необходимо усовершенствовать и удешевить все составляющие части двигателя.

По иному дела обстоят в оборонной промышленности

Военные не обращают внимание на стоимость, для них важнее эксплуатационные характеристики. Военным нужна была мощная, компактная, безотказная силовая установка для танков. И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350

КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху. Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000

И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350. КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху. Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000.

https://youtube.com/watch?v=yjla0e9xTmk

Малая авиация

На сегодняшний день высокая стоимость и низкая надежность поршневых двигателей с мощностью 50-150 кВт не позволяют малой авиации России уверенно расправить крылья. Такие двигатели, как «Rotax» не сертифицированы на территории России, а двигатели «Lycoming», применяемые в сельскохозяйственной авиации имеют заведомо завышенную стоимость. Кроме того, они работают на бензине, который не производится в нашей стране, что дополнительно увеличивает стоимость эксплуатации.

Именно малая авиация, как ни одна другая отрасль нуждается в проектах малых ГТД. Развивая инфраструктуру производства малых турбин, можно с уверенностью говорить о возрождении сельскохозяйственной авиации. За рубежом производством малых ГТД занимается достаточное количество фирм. Сфера применения: частные самолеты и беспилотники. Среди моделей для легких самолетов можно выделить чешские двигателиTJ100A, TP100 и TP180, и американский TPR80.

В России со времен СССР малые и средние ГТД разрабатывались в основном для вертолетов и легких самолетов. Их ресурс составлял от 4 до 8 тыс. часов,

На сегодняшний день для нужд вертолета МИ-2 продолжают выпускаться малые ГТД завода «Климов» такие как: ГТД-350, РД-33,ТВЗ-117ВМА, ТВ-2-117А, ВК-2500ПС-03 и ТВ-7-117В.

Недостатки

Твердотопливные ускорители не поддаются контролю и обычно должны гореть до полного истощения после воспламенения, в отличие от жидкого ракетного топлива или топлива. холодный газ двигательные установки. Однако системы прерывания запуска и безопасность диапазона системы разрушения могут попытаться перекрыть поток топлива, используя кумулятивные заряды. По состоянию на 1986 год оценки частоты отказов SRB варьируются от 1 на 1000 до 1 на 100000. Сборки SRB вышли из строя внезапно и катастрофически. Блокировка или деформация форсунки может привести к избыточному давлению или снижению тяги, в то время как дефекты в корпусе ускорителя или муфтах ступени могут вызвать разрушение узла из-за увеличения аэродинамических напряжений. Дополнительные виды отказа включают засорение ствола и нестабильность горения. Отказ Уплотнительное кольцо печать на космическом шаттле Претендентправый твердотопливный ракетный ускоритель привел к распад вскоре после старта.

Твердотопливные ракетные двигатели могут представлять опасность при обращении с ними на земле, поскольку полностью заправленный ускоритель несет риск случайного возгорания. Такая авария произошла в августе 2003 г. Взрыв бразильской ракеты на бразильском Centro de Lançamento de Alcântara Стартовая площадка ракеты VLS, погиб 21 технический специалист.

Как турбореактивные двигатели перемещают летательные аппараты и экранопланы

Представьте себе ситуацию, будто вы сидите посреди большой пустой комнаты на стуле с колесиками, но дотянуться ногами до пола не можете, и предметов вокруг, от которых можно оттолкнуться тоже нет, а вам нужно как-то переместиться в сторону выхода. Задача эта совершенно не решаема, если у вас нет при себе никаких предметов, включая одежду. Но если при вас есть хоть что-то, обладающее массой, вы можете со всей силы отбросить это в сторону, противоположную выходу. Удивительным образом стул двинется в сторону выхода, и если вдруг в кармане вы обнаружите пару гантелей или гирю, особых проблем с путешествием не будет.

Главный принцип здесь заключается в следующем: если мы бросаем какой-либо предмет в сторону, на нас действует точно такая же сила, как и на предмет, только противоположно направленная. Если мы хотим кинуть волейбольный мяч, придав ему ускорение рукой, то наша рука почувствует удар — это и есть та сила, действующая в противоположном полету мяча направлении. Поскольку мяч гораздо легче, чем человек, он вынужден отлететь на большое расстояние, при приложенной силе. Но если с той же силой удара, что приложена к мячу, долбануть по гире, которая всего в четыре раза легче человека, то сила удара уже заставит кости сломаться.

Когда человечество получило доступ к поршневым двигателям высокой на тот момент мощности, пришла идея создания летательных аппаратов, известных ныне как самолеты. На валу поршневого движка внутреннего сгорания устанавливался винт с лопастями, отбрасывающий большой объем воздуха, в противоположном полету направлении. Однако скорость полетов на ДВС с воздушным винтом была весьма ограничена, а растущей индустриализации требовались все большие скорости, и тогда вспомнили про газовую турбину.

Движение летательного аппарата с турбореактивными двигателями происходит за счет отбрасывания двигателем газовой смеси с высокой скоростью и в большом объеме, в противоположную движению самолета сторону. Все довольно просто. Воздух — это газовая смесь, и каждый газ, входящий в данную смесь, обладает массой, плотностью, объемом и температурой. Реактивная сила, создаваемая двигателем, зависит от скорости истекания газовой струи и ее массе (или объема при заданной плотности). Чем выше любой из множителей, тем выше сила отталкивания самолета в противоположном направлении.