Silnik rakietowy: jaki to rodzaj silnika spalinowego?
Silnik rakietowy jest rodzajem silnika reaktywnego, na który środowisko zewnętrzne nie ma wpływu, dzięki temu, że w swoim zbiorniku przewozi paliwo i utleniacz.
W tym artykule pokrótce przeanalizujemy, jak działa silnik rakietowy, jego historię i możliwe typy.
Inhaltsverzeichnis
Koncepcja silnika rakietowego
Koncepcja silnika rakietowego jest dość prosta. Podczas spalania substancji roboczej (paliwa i utleniacza) powstają gazy spalinowe, które opuszczają komorę spalania przez króciec wylotowy silnika z bardzo dużą prędkością.
Gdy spaliny opuszczają silnik, tworzą siłę opartą na zasadzie akcji i reakcji, a więc na zasadzie zachowania pędu III zasady dynamiki Newtona – ciało porusza się w kierunku przeciwnym do kierunku wypływu spalin.
Silnik reakcji: Czy wiesz, jaki to rodzaj silnika?
Mówiąc najprościej, maszyna, do której przymocowany jest ten silnik, jest napędzana w kierunku przeciwnym do kierunku, w którym spaliny opuszczają króciec wylotowy silnika. Wpływ spalin opuszczających dyszę wylotową silnika nazywany jest ciągiem silnika rakietowego. Jest wprost proporcjonalna do iloczynu masy gazów spalinowych i ich prędkości wylotowej.
Jak działa silnik rakietowy?
Eksplozja substancji roboczej odbywa się pod dużym ciśnieniem. Paliwo i utleniacz są sprężane w komorze spalania. Z komory spalania prowadzi zwężona dysza wylotowa, dzięki czemu zwiększa się prędkość odprowadzania spalin. Dysza nie może być jednak zbyt wąska, aby materiał, z którego jest wykonana, nie uległ przeciążeniu termicznemu (stopieniu).
Podstawowa różnica między silnikiem rakietowym a innymi silnikami spalinowymi polega na tym, że silnik rakietowy podczas swojej pracy nie pobiera utleniacza z atmosfery, ale ma oprócz paliwa zapas utleniacza, który niesie ze sobą. Ponieważ silnik ten przenosi swoje źródło energii, może również pracować w przestrzeni kosmicznej (próżnia).
Silnik benzynowy i wysokoprężny: Czym się różnią?
Kolejna różnica polega na tym, że maszyna napędzana silnikiem rakietowym nie jest napędzana pracą mechaniczną, jak w przypadku silników iskrowych czy diesli napędzających samochody, ale efektem reakcji spalin.
Ponadto, poza niektórymi układami pomocniczymi, takimi jak pompa, obrót dyszy itp., silnik rakietowy nie zawiera części ruchomych niezbędnych w zwykłych silnikach spalinowych (tłoki, wał korbowy, wałek rozrządu i inne podzespoły). Tym samym silnik rakietowy zajmuje szczególne miejsce wśród innych silników spalinowych.
Działanie silnika rakietowego w pigułce
- Nie pobiera substancji roboczej z atmosfery
- Mocą użytkową silnika nie jest praca mechaniczna, lecz efekt reakcji spalin
- Poza niektórymi układami pomocniczymi nie zawiera części ruchomych
Ze względu na stan paliwa silniki rakietowe można podzielić na dwie kategorie: silniki na paliwo płynne i stałe.
Silnik rakietowy na paliwo ciekłe:
Silnik rakietowy na paliwo ciekłe jest napędzany mieszanką paliwa i utleniacza w komorze spalania. Substancja robocza miesza się w ten sposób w komorze spalania, gdzie ulega zapłonowi pod wysokim ciśnieniem.
Mieszanki paliw i utleniaczy do silników rakietowych na paliwo ciekłe:
Czynnikiem utleniającym nie zawsze musi być tlen; mogą to być również inne cząsteczki z nadmiarem tlenu, takie jak ciekły wodór lub mieszaniny węglowodorów. Najczęstsze kombinacje substancji roboczej to:
- Ciekły wodór i ciekły tlen
- Ciekły tlen i nafta
Oprócz tych kombinacji stosuje się inne paliwa i utleniacze, a każda kombinacja ma zalety i wady.
Silnik rakietowy na paliwo stałe
Silnik rakietowy zasilany paliwem stałym zasilany jest mieszanką paliwową w postaci ziaren, które oprócz paliwa zawierają utleniacz. Substancja robocza tego silnika jest przechowywana w komorze spalania. Zaletą silników na paliwo stałe jest doskonała trwałość i gotowość do użycia. Z drugiej strony dużym minusem jest to, że tego typu silnika nie da się wyłączyć.
Pierwszy zapłon substancji roboczej rozpoczyna całą reakcję, która kończy się dopiero wtedy, gdy substancja robocza nie zostanie całkowicie wyczerpana. Dlatego ten silnik jest najczęściej używany jako pomocniczy silnik startowy do wahadłowców lub samolotów.
Hybrydowy silnik rakietowy:
Jest to silnik rakietowy, w którym jeden ze składników, paliwo lub utleniacz, jest w stanie ciekłym, a drugi w stanie stałym.
Silnik rakietowy jest używany głównie do napędzania:
- rakiety wojskowe
- rakiety kosmiczne
- promy kosmiczne
- satelity i sondy kosmiczne
- samoloty
- jako pomocniczy silnik rozruchowy samolotów
Nawet jeśli silnik rakietowy nie służy do napędzania samochodów, znalazło się kilku szaleńców, którzy wyposażyli swoje pojazdy w tego typu silnik, o czym można przeczytać w naszym artykule: Silnik reakcji: czy wiesz, co to za silnik?