Moteur de fusée à propergol liquide

Moteur de fusée à propergol liquide - un carburant automobile pour lequel sont liquéfiés gaz et des liquides chimiques. En fonction du nombre de composantes de LRE sont divisés en une, deux et trois composants.

Une brève histoire du développement

            K.E. a proposé pour la première fois d'utiliser de l'hydrogène liquéfié et de l'oxygène comme carburant pour les fusées. Tsiolkovsky en année 1903. Le premier prototype de la LRE a été créé par l’Américain Robert Howard au cours de l’année 1926. Par la suite, de tels développements ont été réalisés en URSS, aux États-Unis et en Allemagne. Les scientifiques allemands ont obtenu le plus grand succès: Thiel, Walter, von Braun. Pendant la Seconde Guerre mondiale, ils ont créé toute une ligne de LRE à des fins militaires. On croit que créer le Reich "V-2" avant, ils auraient gagné la guerre. Par la suite, la guerre froide et la course aux armements sont devenues un catalyseur pour accélérer le développement du LRE en vue de son application dans le programme spatial. Avec l’aide de RD-108, les premiers satellites artificiels de la Terre ont été mis en orbite.

Aujourd'hui LRE utilisé dans les programmes spatiaux et missiles lourds.

Portée

Comme mentionné ci-dessus, le moteur de fusée est principalement utilisé en tant que sonde du moteur et du véhicule de lancement. Les principaux avantages de la LRE est:

• l'impulsion spécifique la plus élevée dans la salle de classe;
• la capacité d'effectuer un arrêt complet et de redémarrer en paire avec l'antipatinage augmente la maniabilité;
• significativement moins de poids par rapport à la chambre de carburant avec le propergol solide.

Parmi les lacunes de la LRE:

• plus compliqué et coûteux dispositif;
• des exigences accrues pour la sécurité du transport;
• dans un état d'apesanteur, il est nécessaire d'utiliser des moteurs supplémentaires pour le dépôt de carburant.

Toutefois, le principal inconvénient de LRE est une limite de la capacité énergétique de carburant, ce qui limite le développement de l'espace avec eux jusqu'à une distance de Vénus et de Mars.

Structure et fonctionnement

Le principe de fonctionnement d'un moteur-fusée, mais il est obtenu en utilisant des dispositifs différents de régimes. Carburant et comburant entrent au moyen de pompes de cuves à tête de mélange différente est injecté dans la chambre de combustion et mélanger. Après un incendie, sous la pression à l'intérieur de l'énergie de combustible est converti en cinétique et circule à travers une buse, la création d'une poussée de jet.

Le circuit d'alimentation comprend des réservoirs de carburant, des tuyaux et des pompes à la turbine pour injecter du carburant à partir du réservoir dans le tuyau et la vanne-détendeur.

Pompe d'alimentation de carburant haute pression crée dans la chambre et, par conséquent, une plus grande expansion du fluide de travail, par laquelle l'impulsion maximale spécifique.

Tête à buses - injecteur-pompe pour injecter du carburant dans les composants de la chambre de combustion. La principale exigence pour la buse - la qualité et la vitesse de mélange de l'alimentation en carburant vers la chambre de combustion.

Circuit de refroidissement

Bien que la part de transfert thermique de la structure lors de la combustion soit insignifiante, le problème du refroidissement est urgent en raison de la température de combustion élevée (> 3000 K) et menace de destruction thermique du moteur. Il existe plusieurs types de refroidissement des parois de la chambre:

• Regenerative refroidi basé sur la création de cavités dans les murs de la chambre, à travers laquelle l'oxydant sans carburant, le refroidissement de la paroi de la chambre et de la chaleur avec le liquide de refroidissement (carburant) de retour dans la chambre.

• Couche limite - est créée à partir de la couche de vapeur de carburant de gaz à partir des parois de la chambre. Cet effet est obtenu en installant sur la périphérie de buses de la tête d'alimentation de carburant seulement. Ainsi, le mélange de carburant manque oxydant et la combustion près du mur est pas aussi intense que dans le centre de la chambre. La température de la couche limite isole les hautes températures au centre de la chambre à partir de parois de la chambre de combustion.

• Le procédé ablatif de refroidissement d'un moteur-fusée à propergol liquide est réalisé en appliquant un revêtement spécial de protection thermique sur les parois de la chambre et les buses. À des températures élevées, le revêtement passe d'un état solide à un état gazeux, absorbant la majeure partie de la chaleur. Cette méthode de refroidissement d'un moteur de fusée à propergol liquide a été utilisée dans le programme lunaire Apollo.

Démarrage de l'opération très délicate en termes de LRE échecs explosifs dans sa mise en œuvre. Il composants hypergoliques avec lequel il n'y a aucune difficulté, mais en utilisant un initiateur externe pour enflammer la consistance idéale nécessaire pour lui fournir des composants de carburant. L'accumulation de carburant non brûlé dans la chambre est une puissance explosive dévastatrice, et promet des conséquences graves.

Le lancement de gros moteurs de fusée à propergol liquide s'effectue en plusieurs étapes, la puissance maximale étant ensuite atteinte, tandis que les petits moteurs démarrent avec une puissance instantanée à une puissance de cent pour cent. 

Le système de contrôle automatique des moteurs-fusées à propergol liquide se caractérise par un démarrage et une sortie du moteur sûrs vers le mode principal, un contrôle de fonctionnement stable, un réglage de la poussée selon le plan de vol, un réglage des consommables, un arrêt lors de l'entrée dans une trajectoire donnée. En raison des moments qui ne peuvent pas être calculés, le moteur à propergol liquide est équipé d'une réserve de carburant garantie afin que la fusée puisse entrer sur l'orbite spécifiée en cas d'écarts dans le programme.  

Les composants du carburant et leur choix dans le processus de conception sont décisifs dans la conception d'un moteur-fusée à propergol liquide. Sur cette base, les conditions de stockage, de transport et de technologie de production sont déterminées. L'indicateur le plus important de la combinaison de composants est l'impulsion spécifique, qui détermine la répartition du pourcentage de carburant et de la masse de la cargaison. Les dimensions et la masse de la fusée sont calculées à l'aide de la formule Tsiolkovsky. En plus de l'impulsion spécifique, la densité affecte la taille des réservoirs avec des composants combustibles, le point d'ébullition peut limiter les conditions de fonctionnement des missiles, l'agressivité chimique est inhérente à tous les oxydants et, si les règles de fonctionnement des réservoirs ne sont pas respectées, cela peut provoquer un incendie de réservoir, la toxicité de certains composés combustibles peut causer de graves dommages à l'atmosphère et à l'environnement ... Par conséquent, le fluor, bien qu'il soit un meilleur agent oxydant que l'oxygène, n'est pas utilisé en raison de sa toxicité.

Les moteurs-fusées à propergol liquide à un seul composant utilisent un liquide comme carburant qui, interagissant avec un catalyseur, se décompose avec le dégagement de gaz chaud. Le principal avantage des moteurs-fusées à un seul composant est leur simplicité de conception, et bien que l'impulsion spécifique de ces moteurs soit faible, ils conviennent parfaitement comme moteurs à faible poussée pour l'orientation et la stabilisation des engins spatiaux. Ces moteurs utilisent un système d'alimentation en carburant à déplacement positif et, en raison de la basse température du processus, ne nécessitent pas de système de refroidissement. Les moteurs monocomposants comprennent également les moteurs à réaction à gaz, qui sont utilisés dans des conditions d'inadmissibilité des fumées thermiques et chimiques.

Au début des 70-s Etats-Unis et l'Union soviétique développé les moteurs à propergol liquide à trois composants qui utilisent de l'hydrogène comme carburant et combustible hydrocarboné. Ainsi, le moteur serait exploitée à du kérosène et de l'oxygène au démarrage et sont passés à l'hydrogène liquide et d'oxygène à haute altitude. Un exemple de trois LRE Russie a un RD-701.

Contrôle des missiles a été d'abord utilisé dans les missiles "Fau-2» utilisant graphite gouvernails gasdynamic, mais cela réduit la puissance du moteur, et sont utilisés dans les missiles modernes chambre rotative fixée au boîtier par des charnières créant flexibilité dans un ou deux plans. En outre caméras PTZ sont utilisés comme moteurs de commande qui sont fixées les buses dans la direction opposée et, le cas échéant dispositif de commande dans l'espace.

Un LRE à cycle fermé est un moteur dont l'un des composants est gazéifié lorsqu'il est brûlé à basse température avec une petite partie de l'autre composant. Le gaz obtenu agit comme fluide de travail de la turbine. Il est ensuite introduit dans la chambre de combustion où il brûle avec des composants de carburant et crée une poussée. Le principal inconvénient de ce schéma est la complexité de la conception, mais en même temps l'impulsion spécifique augmente. 

La perspective d'une augmentation de la puissance des moteurs à propergol liquide

Dans l'école russe des créateurs de la LRE, dirigée depuis longtemps par l'académicien Glushko, ils s'efforcent d'optimiser l'utilisation de l'énergie du combustible et, par conséquent, le maximum d'impulsion spécifique possible. Etant donné que l'impulsion spécifique maximale ne peut être obtenue qu'en augmentant la dilatation des produits de combustion dans la buse, tous les développements sont effectués à la recherche du mélange de carburant parfait.