1.2. Общие особенности жрд
1. Независимость от окружающей среды.
Рис. 1.5
Высотная характеристика R=f(H) у ракетного двигателя (РД) по высоте немного растет, а у поршневого (ПД) и воздушно-реактивного (ВРД) двигателей падает. Следовательно, ракетный двигатель является высотным.
Рис. 1. 6
2) Скоростная характеристика у ракетного двигателя R=f(v)= const. двигатели позволяют, следовательно, получить безграничные скорости полета.
Активная или конечная скорость, которая может быть достигнута в момент окончания работы двигателя, определяется формулой, полученной К. Э. Циолковским:
(1.1)
где Wа – скорость истечения газов из сопла двигателя. Это в случае, если отсутствует сила тяжести и аэродинамическое сопротивление;
mo – начальная (стартовая) масса ракетного аппарата;
mкон – масса аппарата в момент окончания работы двигателя.
(1.2)
где
- масса топлива в баках ракеты.
Нужно стремиться к увеличению Wа и при минимальной массе аппарата (mкон) нужно стремиться к увеличению .
Следовательно, ракетные двигатели это двигатели больших скоростей и высот.
Достоинство ракетных двигателей: при небольших габаритах и массе эти двигатели развивают очень большие мощности (например, у двигателя ФАУ-2 мощность равна мощности Днепровской ГЭС, а у ракеты «Восток» - несколько млн. л.с.).
Недостатки:
1. Очень большой удельный расход топлива, например, у газотурбинных двигателей ~ 1 кг топл./кг тяги, а у ракетных двигателей ~ 15…20 кг топл./кг тяги – это за счет окислителя в некоторой степени.
2. Высокие температуры (>3000оС), высокие давления в камере (>10 МПа) и высокая активность применяемого топлива. Поэтому мал ресурс работы двигателя, который измеряется минутами, иногда часами. Пути повышения ресурса: применение более жаростойких материалов и улучшение охлаждения.
О
хлаждение
имеет регенеративный характер (идея
К. Э. Циолковского). Это не единственная
система, есть и другие.
Рис.1.7
1.3. Области применения ракетных двигателей
Ракетные двигатели пока не применяются в аппаратах длительного действия. Находят применение в аппаратах высотных и больших скоростей.
Беспилотные ЛА это среднее между авиацией и артиллерией.
Б
Н – высота;
L
– дальность полета
аллистическая
ракета – вертикальный взлет, изменение
направления движения, а затем полет
как свободно брошенного тела.
Рис. 1.8
Нmax, Lmax = f(Vакт). (1.3)
У баллистических ракет дальность полета составляет десятки тыс. км, а скорость в конце активного участка полета Vакт = 20-25 тыс. км/час.
Баллистические ракеты – многоступенчатые.
В баллистических и космических ракетах двигатели могут быть использованы как маршевые, вспомогательные, разгонные, тормозные.
РД могут быть использованы для технологических и экспериментальных целей (выработка рабочего тела для современных аэродинамических труб и т.д.).
Ракетные двигатели могут применяться не только в воздухе и космическом пространстве, но и в воде, в подводных снарядах.
РД может также использоваться для термического бурения горных пород.