Rachetă hibridă

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Propulsor hibrid SpaceShipOne [1]

O rachetă hibridă sau rachetă litergol este un endoreactor cu un motor care folosește propulsori în diferite stări ale materiei - unul în formă solidă și celălalt în formă gazoasă sau lichidă . Conceptul unei rachete hibride datează cel puțin din anii 1930 [2] .

Termenul litergolo a fost inventat din cuvintele grecești lithos ( λίθος , solid) și ergon (ἔργον, lucru ) și din termenul latin oleum ( ulei ), de Wolfgang Noeggerath .

Rachetele hibride au unele avantaje față de rachetele cu combustibil lichid și solid, în ceea ce privește simplitatea, siguranța și costul [3] . Deoarece este aproape imposibil să amestecați combustibil și oxidant (fiind în diferite stări de materie ), aceste rachete tind să aibă defecțiuni mai puțin critice. La fel ca rachetele cu combustibil lichid, acestea pot fi stinse cu ușurință, iar împingerea poate fi modulată cu ușurință. Impulsul specific teoretic este, în general, mai mare decât cel cu combustibil solid și este aproximativ echivalent cu rachetele cu combustibil lichid care utilizează hidrocarburi . Cu unii combustibili metalici s-au măsurat impulsuri de până la 400 de secunde [4] . Sistemele hibride sunt puțin mai complexe decât rachetele solide, dar riscurile crescute în procesul de fabricație, transport și manipulare a combustibililor solizi echilibrează simplitatea mai mare a acestui tip de motor.

Noțiuni de bază

Sistem de propulsie hibridă

În forma sa cea mai simplă, o rachetă hibridă constă dintr-un recipient sub presiune care conține propulsorul lichid, o cameră de ardere care conține propulsorul solid și o supapă care le izolează. La aprindere, o sursă de aprindere adecvată este introdusă în camera de ardere și supapa este deschisă. Combustibilul lichid sau gazul curge în cameră unde este vaporizat și reacționează cu combustibilul solid. Arderea are loc într-o flacără de difuzie pe stratul din apropierea suprafeței combustibilului solid.

În general, combustibilul lichid este oxidantul , în timp ce cel solid este combustibilul , deoarece oxidanții solizi sunt problematici și au performanțe mai mici decât cei lichizi. În special, percloratul de amoniu , un oxidant cunoscut sub acronimul APCP, produce clorură de hidrogen (HCI) în gazele de eșapament, care pot forma acid clorhidric în contact cu umiditatea atmosferică, un agent coroziv care dăunează mediului prin scăderea pH - ului apei și sol și poate produce ploi acide . Utilizarea combustibililor solizi, precum HTPB sau parafina , permite utilizarea aditivilor cu conținut ridicat de energie precum aluminiu , litiu sau hidruri metalice .

Cei mai comuni oxidanți includ oxigenul sau oxidul de azot sub formă lichidă sau gazoasă. Cei mai utilizați combustibili includ, de asemenea, polimeri , cum ar fi polietilena , HTPB sau sub formă lichidă, cum ar fi parafina .

Avantajele rachetelor hibride

Rachetele hibride prezintă unele avantaje evidente, și unele mai subtile, față de rachetele solide sau lichide. :)

Beneficii Dezavantaje
Comparativ cu combustibilii lichizi
  • Mecanic simplu - necesită doar un singur propulsor lichid, cu mai puține sisteme hidraulice, mai puține supape și operațiuni mai simple.
  • Combustibili densi - Combustibilii solizi au, în general, o densitate mai mare decât combustibilii lichizi
  • Aditivi metalici - metalele cu energie ridicată, precum aluminiu , magneziu , litiu sau beriliu pot fi ușor încorporate în boabele de combustibil pentru a crește impulsul specific
  • Raportul oxidant / oxidant - cu un flux constant de oxidant, raportul dintre combustibil și oxidant tinde să se schimbe. Acest lucru duce la un regim de operare de vârf , care cauzează probleme de performanță.
  • Rata de regresie scăzută a combustibilului. Rata de regresie este rata la care scade partea solidă a propulsorului. În anii 1990, au fost investigați combustibilii cu o rată de regresie mai mare, care pot reprezenta o soluție potențială la problemă [5] .
Comparativ cu combustibilii solizi
  • Impuls teoretic mai mare
  • Pericole mai mici de explozie - Boabele de propulsie sunt mai tolerante la erorile de fabricație
  • Mai controlabil - pornirea, oprirea, repornirea și modularea tracțiunii sunt posibile printr-un control adecvat al oxidantului
  • Pot fi utilizați oxidanți siguri și netoxici, cum ar fi oxigenul lichid și oxidul de azot

Siguranță

În general, rachetele hibride bine proiectate și construite cu grijă sunt foarte sigure. Principalele riscuri asociate acestor tipuri de transportatori sunt:

  • Eșecul plicului - Eșecul izolației plicului ar putea permite evacuarea gazelor fierbinți din perete, rezultând formarea unei găuri care ulterior determină prăbușirea structurii.
  • Backfire - Oxidanții care se descompun exoterm, cum ar fi oxidul de azot sau peroxidul de hidrogen, pot provoca incendii din camera de ardere la injector, aprinzând oxidantul și provocând explozia rezervorului. Aprinderea înapoi are loc deoarece, în perioadele de ardere instabilă, este posibil ca scăderea de presiune peste injectoare să fie insuficientă. Acest fenomen este specific unor oxidanți; în alte tipuri de oxidanți, cum ar fi oxigenul și tetroxidul de dinitrogen, acest lucru nu se întâmplă, cu excepția cazului în care combustibilul este prezent și în rezervor.
  • Pornire grea - Acest fenomen este cauzat de un exces de oxidant în camera de ardere, înainte de aprindere. Acest lucru se întâmplă în special la monopropelenți precum oxidul de azot și poate provoca un exces temporar de presiune odată cu defectarea motorului.

Deoarece combustibilul nu conține un oxidant, nu se poate aprinde. Din acest motiv, rachetele hibride sunt clasificate ca dispozitive de putere neexplozive. Dimpotrivă, rachetele cu combustibil solid au adesea putere explozivă, măsurată în echivalent TNT , proporțională cu masa boabelor de combustibil. Rachetele cu combustibil lichid au putere explozivă calculată pe baza cantității de combustibil și oxidant care se pot acumula în camera de ardere înainte de a exploda. Deoarece combinațiile oxidant / oxidant utilizate în rachetele cu combustibil lichid conțin adesea mai multă energie pe unitate de masă decât TNT , valoarea echivalentă TNT este calculată prin înmulțirea masei propulsorilor din camera de ardere cu densitatea energiei .

Una dintre companiile cu cel mai mare know-how în rachetele hibride este SpaceDev , care în 1998 a achiziționat toată proprietatea intelectuală , proiectele și testele generate de peste 200 de teste ale motorului hibrid efectuate de American Rocket Company în opt ani de funcționare. SpaceDev a proiectat și fabricat toate motoarele hibride pentru naveta SpaceShipOne , primul avion privat cu echipaj care a ajuns pe orbita Pământului. Motorul hibrid utilizat folosește oxid de azot și HTPB . Space Propulsion Group a fost fondat în 1999 pentru a dezvolta combustibili cu ritm de regresie ridicat. Un propulsor cu diametrul de 12,5 inci (32 cm) capabil să producă a fost testat cu succes Se dezvoltă 5 896 kg de forță și o centrală electrică cu diametrul de 24 inci (61 cm) concepută pentru a produce 11 339 kg de forță, care se așteaptă să fie testat în 2010 . Orbital Technologies Corporation a participat la cercetări finanțate de guvernul SUA cu privire la rachete hibride, în special cu privire la tehnologia numită „Vortex Hybrid”. Environmental Aerospace Corporation dezvoltă sisteme hibride de propulsie și a participat, cu propriul proiect, la contractul de producție a motorului de navetă SpaceShipOne. Societatea de cercetare a reacției are o lungă istorie de cercetare și dezvoltare cu propulsie hibridă. În cele din urmă, mai multe universități desfășoară diferite experimente.

În Italia, unul dintre centrele de avangardă pentru cercetare în domeniul propulsorilor hibrizi este CISAS (Centrul Interdepartamental pentru Studii și Activități Spațiale) „G. Colombo” al Universității din Padova . Activitățile desfășurate acoperă toate fazele dezvoltării motoarelor: de la analiza teoretică a procesului de ardere la simularea numerică utilizând coduri CFD, de la efectuarea testelor de bancă pe rachete la scară mică până la teste experimentale la scară largă (teste efectuate până la 20 kN împingere pe motoarele N2O-parafină). Un exemplar al acestor propulsoare a zburat cu succes în 2009.

Notă

  1. ^ SpaceShipOne hibrid powertrain. Arhivat 21 ianuarie 2007 la Internet Archive.
  2. ^ GIRD-09 , pe astronautix.com , Encylcopedia Astronautix. Adus la 24 aprilie 2009 (arhivat din original la 5 ianuarie 2009) .
  3. ^ Hybrid Rocket Propulsion Overview , pe spg-corp.com , Space Propulsion Group, Inc .. Accesat la 22 aprilie 2009 (arhivat din original la 26 aprilie 2009) .
  4. ^ A Brief History of Hybrid Rocket Technology , pe spg-corp.com , Space Propulsion Group, Inc .. Accesat la 22 aprilie 2009 (arhivat din original la 26 aprilie 2009) .
  5. ^ Wax Hybrids , la science.nasa.gov , Science @ NASA. Adus la 1 iunie 2009 (arhivat din original la 23 mai 2009) .

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN ( EN ) sh85063273
Aviaţie Portalul aviației : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu aviația