تحقیق در مورد موتور راکت

موتور راکت

موتورهای از نوع راکت ها با موتورهای جت گرمایی دیگر از نظر اینکه سوخت و اکسید کننده خود را حمل می کنند متفاوت می‌باشند. در نتیجه در حالیکه موتورهای جت گرمایی دیگر برای احتراق خود به اکسیژن اتمسفر نیاز دارند موتورهای راکت از آن مستقل می باشند. از این رو موتورهای راکتی جذاب‌ترین نوع هستند.
گرچه حقیقتهای عملی دیگر نیز وجود دارد که از مفید بودن این موتور می کاهد. بنابراین هدف از این متن بحث در مورد پایه و اساس ساختار و عمل و کاربرد آن با در نظر گرفتن سایر انواع موتورهای گرمایی به خصوص آنهایی که در این متن آمده اند می باشد.

همچنین موتورهای از نوع راکت از نظر نوع سوخت به کار رفته در آنها طبقه بندی شده اند.
بنابراین با روشن کردن این موضوع تمام این نوع موتورها به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند. یکی از آنها گروهی است که از سوخت مایع و دیگری از سوخت جامد استفاده می کنند.
تئوری ساختاری که حاکی بر دستور العمل موتور راکتی می باشد ممکن است به صورت مساوی توسط هر دو نوع سوخت جامد و مایع موتور راکت تامین شود.
تئوری دستورالعمل این موتور در ابتدا به منظور فهم روشنتر از بعضی از پارامترهای عملی که بعداً از آنها در اجزایی که انواع گوناگون موتورهای راکتی را توضیح می‌دهند، توسعه پیدا خواهد کرد.

(۱ـ۱۸) مختصری از تاریخچه
عمل رانش جت راکت برای قرنهاست که تشخیص داده شده است. تاریخچه ثبت شده حاکی از این است که راکتها ابتدا توسط چینی ها و عربها در قرن ۱۳ و۱۴ مورد استفاده قرار گرفتند. از اوایل شروع استفاده از راکتها بین استفاده در زمان جنگ به عنوان اسلحه و در زمان صلح برای علامت دادن و آتش بازی نوسان پیدا کرده است.
جالب به ذکر است که راکتهایی که مواد منفجره آتش‌زا را به مسافت ۲ مایل حمل می‌کردند در جنگ سال ۱۸۱۲ استفاده شدند.

گرچه به کارگیری آنها به عنوان اسلحه عملاً حذف شده است در اواخر قرن ۱۹ توسط پیشرفتهایی که در ساخت توپخانه ها به عمل آمد از راکت با دقت بیشتری استفاده شد. همچنین راکت به مقدار جزئی در جنگ جهانی اول توسط پیشرفتهای چشمگیر که توسط تحقیقاتی که درآن زمان به کار می رفت به کار گرفته شد.
در جنگ جهانی دوم راکت به عنوان اسلحه تهاجمی عمده توسط همه قدرتهای جنگ به کار گرفته شد.

موشکها و اسلحه های نشأت گرفته از راکت در نقطه ای که ممکن است به طور موثری در عملیات نظامی به کار روند پیشرفت کرده اند.
(۲ـ۱۸) کاربردهای موتور راکت:

رانش راکت، در این زمان نباید به عنوان رقیب هواپیماهای ملخ دار در نظر گرفته شود. ولی به عنوان منبع قدرت برای دستیابی به مقاصد دست نیافتنی با روشهای دیگر رقابت می کند.
آلمانیها از رانش راکت برای دستیابی با سرعت بالای مادون صوت، کوتاه برد(ME.163)حائل و (V-2) موشک انداز استفاده کردند.
در این کشور هم اکنون از موتور راکت استفاده می شود و تحت آزمایشهایی برای افزایش میزان کاربرد آنها می باشد.
برخی از این کاربردها عبارتند از:

۱ـ راکتهای توپخانه
۲ـ راکتهای ضد تانک( بازوکا)
۳ـ همه نوع سلاحهای هدایت شونده
۴ـ راکتهای پرتاب شونده از هواپیما
۵ـ موتور جت برای برخاستن لحظه أی هواپیما

۶ـ موتورهایی برای سلاحهای هدایت شونده دوربرد در سرعت بالا و هواپیماهای بی‌خلبان
۷ـ عمده ترین کاربرد برای موتورهای رانش هواپیماهای transonic مانند D-558 می باشد.
مجدداً لازم به ذکر است که موتور راکت با دیگر موتورهای رانش جت به دلیل اینکه جرم کلی گاز توسط سوختهایی که در موتور حمل می شوند تولید می شود متفاوت می باشد.
بنابراین راکت ارتباطی با هوای اتمسفر برای تهیه اکسیژن برای احتراق ندارد. از آنجایی که راکت اکسیدایزر خود را حمل می کند مصرف سوخت خیلی بالایی دارد.
(۳ـ۱۸) تئوری مقدماتی عملیات:

شکل (۱ـ۱۸) یک دیاگرام شماتیک از اجزای مقدماتی یک موتور راکت که دارای سوخت مایع bi-propellant می باشد را به نمایش می گذارد . آن شامل یک سیستم تزریقی محفظه احتراق، خروجی نازل می باشد.
اکسید کننده و سوخت در محفظه احتراق می سوزند و فشار بالا تولید می کنند. فشار تولید شده تحت تسلط نرخ وزن، جریان سوخت، خواص شیمیایی سوختها و . . . . می باشد.
گازها با سرعت مادون صوت از شیپوره به اتمسفر پخش می شوند. نازل انرژی فشار گازها را به انرژی جنبشی تبدیل می کند.
عکس العمل پخش شدن گازهای با سرعت بالا نیروی جلوبرندگی (Thrust) را در موتور راکت به وجود می آورد. تراست توسعه پیدا کرده نتیجه نیروهای فشاری می‌باشد که بر مبنای سطوحهای درونی و خارجی موتور راکت کار می کند. نتیجه نیروهای داخلی که بر موتور عمل می کنند، مطابق زیر می باشد.
نتیجه نیروهای داخلی
که

: نرخ وزن جریان یا نرخ وزن مصرف سوخت ( )
: سرعت خروجی یا قسمتی از جت که به نازل نسبت دارد ( )
: فشار استاتیکی خروجی ( )
: سطح خارجی ( )

نتیجه نیروهای خارجی که در موتور راکت عمل می کنند می باشد که فشار اتمسفر برحسب می باشد. تراستی که نتیجه کلیه نیروهای فشاری می باشد از رابطه زیر به دست می آید:
(۱-۱۸)

معادله (۱ـ۱۸) اثر فشار اتمسفر موتور راکت را نشان می دهد. یعنی هر چه فشار اتمسفریک کمتر باشد تراست زیاد می شود. بنابراین Max تراست زمانی حاصل می‌شود که باشد.
همچنین می توان نتیجه گرفت که Max تراست زمانی حاصل می شود که در یک حجم بسته عمل کند.
در آزمایش موتور راکت، تراست، کلیه مصرف سوخت و مقدار زمان کل اندازه گرفته می شود.
راحت است که بگوییم تراست در شرایط نرخ وزن جریان سوختها و سرعت موثر جت می‌باشد.
(۲-۱۸)

سرعت موثر خروجی جت یک سرعت فرضی است که برای راحتی آزمایشات استفاده می شود و از معادلات(۲ـ۱۸) و (۱ـ۱۸) مطابق زیر تبعیت می کند.

سرعت موثر جت به عنوان یک پارامتر مهم به اجرای موتور راکت محسوب شده است.
نیروی جلو برندگی(Thrust) که توسط موتور راکت توسعه یافته است برابر حاصلضرب جلوبرندگی (Thrust) در سرعت پرواز می باشد یا:

راندمان رانش، ، نرخ نیروی Thrust در نیروی لازمه رانش می باشد.
نیروی رانش برابر حاصل جمع نیروی Thrust و انرژی جنبشی از دست رفته در خروجی می باشد.