Hava destekli roket - Air-augmented rocket

"Ram roketi" buraya yönlendirir. Füze için bkz. Ram (roket).

Hava destekli roketler Ek olarak kullanmak için uçuş sırasında koç etkisiyle toplanan havayı daha da sıkıştırmak için bir tür roket motorunun süpersonik egzozunu kullanın. çalışma kütlesi, herhangi bir yakıt miktarı için tek başına roket veya ramjet'ten daha etkili bir itiş gücü sağlar.[1]

Benzeri bir hibrit roket / ramjet motor sınıfını temsil eder. ramjet, ancak sıfır hızdan faydalı bir itme gücü verebiliyor ve ayrıca bazı durumlarda atmosferin dışında da çalışabiliyor. yakıt verimliliği her noktada karşılaştırılabilir bir ramjet veya roketten daha kötü değil.

Temel kavram üzerinde çok çeşitli varyasyonlar ve ortaya çıkan çok çeşitli isimler vardır. Roketin akış aşağısında ek yakıt yakanlar genellikle ramrocket, roket fırlatıcı, entegre roket / ramjetler veya fırlatma ramjetleri olarak bilinirken, ek yanma içermeyenler genişleticinin ayrıntılarına bağlı olarak kanallı roketler veya örtülü roketler olarak bilinir. .[2]

Operasyon

Geleneksel bir kimyasal roket motorunda, roket hem yakıtını hem de oksitleyici gövdesinde. Yakıt ile oksitleyici arasındaki kimyasal reaksiyon, roketin yanma odasındaki basınçlarda ve sıcaklıklarda nominal olarak gaz olan reaktif ürünler üretir. Tepkime ayrıca oldukça enerjiktir (ekzotermik), ısı biçiminde muazzam enerji açığa çıkarır; yanma odasındaki reaktan ürünlere verilen, bu kütleye muazzam bir iç enerji veren, bir ağızlık çok yüksek egzoz hızları üretebilmektedir. Egzoz, nozül boyunca geriye doğru yönlendirilir, böylece ileri bir itme kuvveti oluşturur.

Bu geleneksel tasarımda, yakıt / oksitleyici karışımı hem çalışma kütlesi ve onu hızlandıran enerji kaynağı. Çalışma kütlesi mümkün olan en düşük moleküler ağırlığa sahipse, en iyi performansın elde edildiğini göstermek kolaydır.[3] Hidrojen tek başına teorik olarak en iyi roket yakıtıdır. Bunu yakmak için oksijenle karıştırmak, egzoz kütlesini yükselterek sistemin genel performansını düşürür ve ayrıca havada taşınması gereken kütleyi büyük ölçüde artırır - oksijen, hidrojenden çok daha ağırdır.

Sistemin genel performansını artırmanın potansiyel bir yöntemi, uçuş sırasında yakıtı veya oksitleyiciyi toplamaktır. Yakıtın atmosferde bulunması zordur, ancak gaz halindeki oksijen formundaki oksitleyici havanın% 20'sini oluşturur. Bu durumdan yararlanan bir dizi tasarım var. Bu tür sistemler, sıvı hava döngüsü motoru (DANTEL).

Başka bir fikir, çalışan kitleyi toplamaktır. Hava takviyeli bir roket ile, normalde geleneksel bir roket motoru, önde açık olan uzun bir tüpün ortasına monte edilir. Roket atmosferde hareket ederken, hava tüpün önüne girer ve burada ram etkisi ile sıkıştırılır. Tüpün aşağısına doğru ilerledikçe daha da sıkıştırılır ve roket motorundan gelen yakıt bakımından zengin egzoz ile karıştırılır, bu da havayı bir yanma hücresinin içinde olduğu kadar ısıtır ramjet. Bu şekilde oldukça küçük bir roket normalden çok daha büyük bir çalışma kütlesini hızlandırmak için kullanılabilir ve bu da atmosfer içinde önemli ölçüde daha yüksek itme gücüne yol açar.

Avantajlar

Bu basit yöntemin etkinliği çarpıcı olabilir. Tipik katı roketlerde özgül dürtü yaklaşık 260 saniyede (2,5 kN · s / kg), ancak aynı yakıtı hava takviyeli bir tasarımda kullanmak bunu 500 saniyenin (4,9 kN · s / kg) üzerine çıkarabilir, bu da en iyi hidrojen / oksijen motorlarının bile yapabileceği bir rakamdır. eşleşmiyor. Bu tasarım, bir modelden biraz daha verimli olabilir. ramjet roket motorundan çıkan egzoz havayı bir ramjet'in normalde yapacağından daha fazla sıkıştırmaya yardımcı olduğu için; Bu, daha uzun ve daha verimli bir nozül kullanılabildiğinden yanma verimini artırır. Diğer bir avantaj, roketin sıfır ileri hızda bile çalışmasıdır, oysa bir ramjet motora hava beslemek için ileri hareket gerektirir.

Dezavantajları

Performansta bu tür bir artışın geniş çapta konuşlandırılması öngörülebilir, ancak çeşitli sorunlar sıklıkla bunu engellemektedir. Yüksek hızlı motorların girişlerinin tasarlanması zordur ve makul performansa ulaşmak için gövde üzerinde dikkatli bir konumlandırma gerektirir - genel olarak, tüm gövdenin giriş tasarımı etrafında inşa edilmesi gerekir. Diğer bir sorun ise, roket tırmanırken havanın incelmesi. Dolayısıyla, ek itme miktarı roketin ne kadar hızlı tırmandığıyla sınırlıdır. Son olarak, hava kanalı yaklaşık 5 kat ila 10 kat daha ağırdır[kaynak belirtilmeli ] aynı itişi sağlayan eşdeğer bir roketten. Bu, yanığın sonuna doğru aracı önemli ölçüde yavaşlatır.

Varyasyonlar

Örtülü roket

Bir hava büyütme sisteminin en basit versiyonu örtülü rokette bulunur. Bu, büyük ölçüde bir kanala yerleştirilmiş bir roket motorundan veya motorlardan oluşur. Roket egzozu havayı içeri çekerek kanaldan çeker, aynı zamanda onunla karışır ve ısıtır ve basıncın roketin aşağı akışında artmasına neden olur. Elde edilen sıcak gaz daha sonra genişleyen bir meme yoluyla daha da genişletilir.[2]

Kanallı roket

Örtülü roketin küçük bir varyasyonu, kanallı roket yalnızca bir yakınsak-ıraksak nozul. Bu, yanmanın ses altı hızlarda gerçekleşmesini sağlayarak, sistemin kullanışlı kaldığı araç hızlarının aralığını iyileştirir.[2]

Ejektör ramjet (ve diğerleri)

Ejektör ramjet, potansiyel olarak daha yüksek performansa sahip daha karmaşık bir sistemdir. Örtülü ve kanallı roket gibi, sistem bir hava girişinde bir roket motoru (motorları) ile başlar. Karışık egzozun bir difüzöre girmesi ve hava akışının hızını ses altı hızlara düşürmesi bakımından farklılık gösterir. Daha sonra bu genişletilmiş bölümde yanan ek yakıt enjekte edilir. Bu yanmanın egzozu daha sonra geleneksel ramjet veya kanallı roket kasasında olduğu gibi yakınsak-ıraksak nozul olarak girer.[2]

Tarih

NASA GTX referans aracı

İlk[kaynak belirtilmeli ] üretim hava takviyeli bir roket yapmak için ciddi bir girişim, Sovyet Cüce 2 Temmuz 1958 tarihli Sovyet Bakanlarının 708-336 sayılı Kararnamesi ile uygulanan roket tasarımı.

Daha yakın zamanlarda, yaklaşık 2002, NASA benzer teknolojiyi yeniden inceledi. GTX programı geliştirme çabasının bir parçası olarak SSTO uzay aracı.[4]

Hava destekli roketler nihayet 2016'da seri üretime girdi. Meteor Havadan Havaya Füze hizmete girdi.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Alıntılar

  1. ^ "Hava Artırılmış". www.scientific.net. Alındı 2020-01-21.
  2. ^ a b c d Brevig 1968, s. 444.
  3. ^ "Roket Pervanelerinin Genel Özellikleri". Uzay El Kitabı. NASA. s. 42.
  4. ^ Hava Soluyan Fırlatma Aracı Teknolojisi Geliştiriliyor

Kaynakça

  • Brevig, Ola (Nisan 1968). "Ejektör Ramjet ve Örtülü Roket Arasında Basitleştirilmiş, Ön Karşılaştırma". Uzay Aracı ve Roketler. 5 (4).CS1 bakimi: ref = harv (bağlantı)
  • Cüce
  • NASA GTX