Человек всегда впечатлялся зрелищем поднимающихся в космос ракет и проносящихся на огромной скорости реактивных самолетов. Многие думают, что на них установлены одинаковые двигатели. Это не так. Механизмы, благодаря которым многотонные сооружения поднимаются в воздух, имеют разные технические характеристики и принцип действия. Так чем ракетный двигатель отличается от реактивного? В статье ниже подробно об этом.
Содержание
Что такое ракетный двигатель?
Перед тем, как выяснять, чем ракетный двигатель отличается от реактивного, следует понять общий принцип работы каждого из них. Для этого придется совершить краткий экскурс в ракетостроение.
Главная особенность ракетного двигателя в том, что для его работы требуется как горючее, так и специальный окислитель. Если бы двигатель был однокомпонентным, это сделало бы невозможным движение ракет в космическом пространстве, где отсутствует кислород, необходимый для сжигания топлива. Между тем такие аппараты успешно покидают пределы планеты Земля, начиная с 1957 года.
Чтобы разобраться, зачем ракете нужен окислитель, следует вспомнить химию за 8 класс. В космосе вакуум. Соответственно гореть там нечему. Однако горение — это и есть реакция окисления, благодаря которой происходит выделение тепловой и световой энергии.
То есть, благодаря добавлению этого компонента человек искусственным образом обеспечивает горение там, где физически это невозможно. Благодаря этому появляется возможность использовать в ракетах различное топливо.
Однако ракете, перед тем, как выйти в космическое пространство, еще необходимо преодолеть и земную атмосферу. Вот здесь и возникает необходимость ракете проявить свои реактивные свойства.
Простейший пример реактивного двигателя, для понимания принципа его работы, может создать любой ребенок. Для этого нужно взять обычный воздушный шарик, надуть его до предела и не завязывая отпустить.
Из-за созданного высокого давления внутри шарика воздух начнет быстро выходить из сопла. Резиновая оболочка придет в движение и будет ускоряться до тех самых пор, пока давление между внешним и внутренним контуром не станет одинаковым.
Если без технических подробностей, то реактивные двигатели, в том числе и ракетные, работают именно по такому принципу. Только масштабы и размеры там немного больше, чем у шарика.
Устройство
Технология устройства ракет кажется простой только на первый взгляд. Здесь есть множество конструктивных нюансов, которые делают такие механизмы одними из самых сложных на Земле. Первые строители и вовсе столкнулись с необычными проблемами. Ведь речь шла о первом шаге человечества к покорению космического пространства.
После запуска двигателя горящее топливо под большим давлением начинает выходить из сопла. Ракета получает ускорение и, повинуясь законам физики, начинает двигаться в противоположную от потока сторону.
Под воздействием внешних сил они, по специальным трубкам, одновременно попадают в камеру сгорания. Здесь после их смешения начинается химическая реакция. В результате нее через очень короткое время жидкости превращаются в раскаленный газ. Ему нужно куда-то выходить, так как давление в камере в результате продолжающейся химической реакции продолжает возрастать с каждой секундой.
В итоге образовавшиеся газы выходят через сопла, сообщая ракете импульс движения. Вроде понятный и простой метод движения. Однако здесь не все так хорошо, как кажется на первый взгляд.
Первые строители ракетных двигателей на этом этапе столкнулись с одной очень большой проблемой. Если пустить реакцию на самотек, это быстро привело бы к резкому повышению температуры во всей системе. В результате произошел бы взрыв. Пришлось придумывать систему охлаждения.
В ракетных двигателях система охлаждения отличается от автомобильной или корабельной. И разница тут не только в области применения.
Здесь охлаждается лишь один из компонентов, а именно топливо. Перед тем, как попасть в камеру оно проходит через так называемую «рубашку», где снижается его температура. Это позволяет не только обезопасить конструкцию, но и повысить плотность самого компонента. Как следствие — появляется возможность увеличить количество горючего.
Но здесь встал еще один вопрос — как заставить поступать компоненты в камеру сгорания. Для этого нужно было разработать мощные насосы. Чтобы не усложнять конструкцию было решено пустить часть топлива из резервуара на запитку насосов. Оно поступает в так называемый газогенератор, где сгорая, начинает вращать турбину, которая приводит в действие насосы. Остаточные пары из газогенератора поступают в камеру сгорания и дают дополнительный импульс ракете.
В полнопоточной закрытой системе ракетных двигателей все топливо пропускается через газогенератор. Это позволяет сделать конструкцию более мощной, но при этом увеличивает ее вес.
Дело в том, что при такой системе все приходится дублировать. То есть, в ракету устанавливают не одни газогенератор, а два. С турбонасосными агрегатами та же история. Единственное, что остается неизменным — камера сгорания. Энергия со всех генераторов идет именно туда. Ракета получает больший импульс. Ее скорость увеличивается. Это позволяет ей успешно преодолевать все атмосферные преграды на своем пути и увеличивает ее эффективность при нахождении в открытом космосе.
На первых этапах применения двигателей такого типа космонавты столкнулись с небольшой проблемой. При одновременном запуске двух турбонасосных агрегатов в корпусе возникала сильная вибрация, которая снижала эффективность конструкции, а при неблагоприятном исходе событий грозила полным ее разрушением. Решить проблему удалось только лишь после изобретения быстродействующего бортового компьютера.
Какие бывают разновидности?
Ракетные двигатели делятся на три больших типа:
- жидкостные;
- твердотопливные;
- гибридные.
Между собой они различаются по тому, в каком агрегатном состоянии находится топливо, используемое для движения летательного аппарата. При этом основные конструктивные элементы и принцип работы у них не имеют различия и схожи между собой.
Отличия от реактивного
Чем принципиально отличается ракетный и реактивный двигатель:
- Область использования. Ракетные двигатели в основном используют для вывода на орбиту многотонных космических кораблей. Реактивные двигатели можно увидеть на самолетах, гоночных машинах и лодках.
- Энергоэфективность. По сравнению с реактивным двигателем ракетный отличается своей небольшой энергоэфективностью.
- Уровень шума. Из-за специфики конструкции механизмов ракетные двигатели при своей работе издают намного больше шума, чем реактивные.
- Сложность. Эти две конструкции предназначены для разных областей использования. Реактивный двигатель в этом плане проще. Перед конструкторами ракетных двигателей стояла сложная задача — обеспечить горение там, где оно физически невозможно. Естественно, что это обстоятельство усложнило конструкцию таких механизмов.
- Сборка ракетного двигателя обходится в несколько раз дороже, чем реактивного.
- Мощность ракетного двигателя в несколько раз больше, чем реактивного. Ведь ему необходимо не только поднять ракету на многокилометровую высоту, но и разогнать ее до определенной скорости, чтобы она смогла пройти плотные слои атмосферы.
Однако следует отметить, что сегодня существует несколько вариантов реактивных двигателей, которые по своей мощности максимально приближены к своим ракетным аналогам.
Видео по теме статьи
В видеоролике ниже, как работают жидкостные ракетные двигатели.
Заключение
Ракетный и реактивный двигатель во многом похожи. Главное их различие область применения. Если реактивный двигатель первоначально был разработан для скоростных летательных аппаратов, то ракетный предназначен для выведения различных объектов на околоземную орбиту.