Хімічні ракетні двигуни — це тип ракетних двигунів, які використовують хімічні реакції для створення тяги. Ось короткий огляд їх роботи та класифікації:

Основні компоненти

  1. Паливо: Речовини, що горять, зазвичай рідкі або тверді.
    • 1. Рідке паливо. Рідинні ракетні двигуни використовують комбінацію окисника та пального, які зберігаються в рідкому стані. Основні типи:
      • Гідразин: Використовується як паливо або компонент пального в багатьох двигунах, має високу ефективність.
      • Керосин (RP-1): Часто використовується разом із рідким киснем (LOX) як окисник, відомий своєю надійністю та стабільністю.
      • Водень: Використовується з рідким киснем, забезпечує високу тягу, але вимагає спеціальних умов зберігання через свою леткість.
    • 2. Твердий паливо.Твердопаливні ракетні двигуни використовують готові паливні суміші, які не потребують окремого окисника. Основні компоненти:
      • Композиційні палива: Зазвичай складаються з оксиданта (наприклад, амоній перхлорат) та пального (наприклад, алюміній), змішаних у твердому стані.
      • Синтетичні полімери: Включають гумові або пластикові матеріали, які можуть виконувати роль пального та окисника.
  2. Окислювач — це речовина, яка підтримує процес горіння палива шляхом прийняття електронів від палива в процесі окислення. В ракетних двигунах окислювачі реагують з паливом і забезпечують необхідну хімічну реакцію для виділення енергії, незалежно від того, чи містить окислювач кисень, чи ні.
    • Рідкі окислювачі:
      • Рідкий кисень (LOX):
        • Найбільш поширений рідкий окислювач.
        • Використовується в багатьох сучасних ракетах, зокрема в двигунах Falcon 9 (SpaceX) та Saturn V.
        • Температура кипіння: -183°C.
        • Переваги: висока ефективність, чисте згоряння.
      • Азотний тетроксид (N₂O₄):
        • Використовується в поєднанні з гіперголічними паливами.
        • Не потребує системи запалювання, оскільки вступає в реакцію з паливом при контакті.
        • Температура кипіння: 21°C.
        • Використовується в двигунах ракети Titan II та космічних апаратів.
      • Перекис водню (H₂O₂):
        • Використовується в концентрованих формах (85% і більше).
        • Часто застосовувався в ранніх ракетах та космічних апаратах.
        • Може виконувати роль як окислювача, так і джерела пари при розкладанні.
    • Тверді окислювачі:
      • Нітрат амонію (NH₄NO₃):
        • Один з компонентів твердого ракетного палива.
        • Використовується в простих твердопаливних двигунах.
      • Перхлорат амонію (NH₄ClO₄):
        • Основний компонент у сучасних твердих ракетних паливах.
        • Забезпечує високу швидкість згоряння та потужність.
        • Використовується в двигунах ракет Space Shuttle Solid Rocket Boosters (SRBs).
  3. Ракетний двигун — це пристрій, який перетворює енергію пального на тягу, щоб забезпечити рух ракети. Він працює на принципі реактивного руху, викидаючи гази з високою швидкістю в одному напрямку, що викликає рух ракети в протилежному напрямку. Ракетні двигуни можуть бути рідкими, твердопаливними або гібридними, залежно від типу пального та окислювача, які використовуються.

Класифікація

  1. Рідинні ракетні двигуни:
    • Однокомпонентні ракетні двигуни — це тип ракетних двигунів, які використовують лише один компонент пального для генерування тяги. Цей компонент виконує роль як пального, так і окислювача, завдяки чому спрощується конструкція та забезпечується підвищена надійність. Наприклад:
      • Гідразин та його похідні — популярні для використання в ракетних системах, особливо в малих двигунах для корекції орбіти.
      • Деякі полімерні матеріали, які здатні до самозаймання, можуть використовуватися в якості твердого пального.
    • Двокомпонентні ракетні двигуни використовують два окремі компоненти: паливо і окислювач, які змішуються для створення реакції, що генерує тягу. Цей тип двигунів широко застосовується в ракетній техніці завдяки своїй високій ефективності та можливості контролювати процес горіння. Наприклад:
      • Гідразин (паливо) і азотний тетраоксид (окислювач).
      • Водень (паливо) і кисень (окислювач)
  2. Твердопаливні ракетні двигуни використовують твердий паливний склад, який поєднує пальне та окислювач в одній формі.

Принцип роботи

  • Хімічні реакції між паливом та окислювачем створюють високотемпературні гази, які викидаються через сопло, створюючи тягу.

Переваги

  • Висока ефективність та потужність.
  • Простота конструкції, особливо у твердих двигунах.

Недоліки

  • Обмежений час роботи, особливо в твердих двигунах.
  • Складність у зберіганні рідкого пального.

Використання

  • Космічні ракети, військові ракети.

Хімічні ракетні двигуни залишаються ключовими в досягненні космічних та військових цілей

Дещо інше: