Твердотопливный ракетный двигатель принцип работы

Война СССР в Афганистане 1979—1989

Применение

Космонавтика

Многокамерный ракетный двигатель твёрдого топлива для катапультирования кресла с «Бурана» (слева)

Редко используются в советской и российской космонавтике (например, Старт (ракета-носитель)), однако широко применялись и применяются в ракетной технике других стран, например в США. В основном это элементы первой ступени (боковые ускорители):

• Боковой ускоритель МТКК Спейс шаттл и Space Launch System.
• Вторая ступень Наро-1 (Республика Корея), Антарес (США).
• Семейство твердотопливных ступеней Castor (англ.)русск..
• Японская ракета SS-520.

Боевые ракеты

Баллистические ракеты подводных лодок

• UGM-27 «Поларис» (1960)
• UGM-73 «Посейдон» (1970)
• UGM-96 «Трайдент» (1979)
• M1 (1972)
• M20 (1976)
• M45 (1996)
• M51
• Р-39 (1983)
• Р-30 «Булава»

Межконтинентальные баллистические ракеты

• LGM-30 «Минитмен» (1962)
• MX «Пискипер» (1986)
• РТ-23 УТТХ «Молодец»(1987)
• РТ-2ПМ «Тополь» (1982)
• РТ-2ПМ2 «Тополь-М» (1998)
• РС-24 «Ярс» (2009)
• РС-26 «Рубеж» (2017)

Противоракеты системы ПВО

LIM-49A «Спартен»

ПЗРК

Игла

В моделизме

В ракетомоделировании используется 2 типа двигателей на твёрдом топливе. Первые — на основе дымного пороха (в Америке такие двигатели имеются в свободной продаже). Но обычно используют расплав или смесь калийной селитры (или реже натриевой селитры) и углеводов (сахар, сорбит и декстроза) — это т. н. «карамель», она изготовляется самостоятельно. Ракетные двигатели обычно имеют сопло, но иногда делают и бессопловые двигатели. Их обычно изготовляют из картонных гильз для охотничьих ружей, в качестве сопла используется отверстие для капсюля.

История

Китайцы средневековой династии Сун изобрели очень примитивную форму твердотопливной ракеты. Иллюстрации и описания в китайском военном трактате XIV века « Хуолунцзин » военного писателя и философа династии Мин Цзяо Ю подтверждают, что китайцы в 1232 году использовали прото-твердотопливные ракеты, тогда известные как « огненные стрелы », чтобы отбросить монголов во время монгольской осады Кайфэна. . Каждая стрела имела примитивную форму простой трубы твердотопливной ракеты, заполненной порохом. Один открытый конец позволял газу выходить и был прикреплен к длинной палке, которая действовала как система наведения для управления направлением полета.

Первые ракеты с чугунными трубами использовались Королевством Майсур при Хайдере Али и Типу Султане в 1750-х годах. Эти ракеты достигли цели на расстоянии до полутора миль. Они оказались чрезвычайно эффективными во Второй англо-майсурской войне , закончившейся унизительным поражением Британской империи . Слухи об успехе ракет Майсур против британской имперской власти вызвали исследования в Англии, Франции, Ирландии и других местах. Когда в 1799 году британцы, наконец, захватили форт Шрирангапатана , сотни ракет были отправлены в Королевский арсенал недалеко от Лондона, где их нужно было перепроектировать. Это привело к первому промышленному производству военных ракет с ракетой Конгрев в 1804 году.

Современные твердотопливные ракетные двигатели из композитных материалов были изобретены американским аэрокосмическим инженером Джеком Парсонсом в Калифорнийском технологическом институте в 1942 году, когда он заменил двухосновное топливо на кровельный асфальт и перхлорат калия . Это сделало возможными тихоходные ракетные двигатели подходящего размера и с достаточным сроком хранения для применения в системах с реактивным взлетом . Чарльз Бартли , работающий в JPL (Калифорнийский технологический институт), заменил липкий асфальт отверждаемым синтетическим каучуком , создав гибкое, но геометрически стабильное несущее зерно топлива, которое надежно прикрепилось к корпусу двигателя. Это сделало возможным создание гораздо более мощных твердотопливных ракетных двигателей. В 1954 году компания Atlantic Research Corporation значительно увеличила количество композитного топлива I _sp , увеличив количество порошкообразного алюминия в топливе до 20%.

Ракетная технология на твердом топливе получила наибольший импульс в плане технических инноваций, размеров и возможностей благодаря различным правительственным инициативам середины 20-го века по разработке все более мощных военных ракет. После первоначальных проектов военной технологии баллистических ракет, разработанных с использованием жидкостных ракет в 1940-х и 1950-х годах, как Советский Союз, так и Соединенные Штаты приступили к крупным инициативам по разработке твердотопливных местных , региональных и межконтинентальных баллистических ракет, в том числе твердотопливных. ракеты, которые можно запускать с воздуха или с моря . Многие другие правительства также разработали эти военные технологии в течение следующих 50 лет.

К концу 1980-х годов и вплоть до 2020 года эти разработанные государством высокопроизводительные твердотопливные ракетные технологии применялись для орбитальных космических полетов в рамках многих правительственных программ , чаще всего в качестве ракет-носителей для добавления дополнительной тяги во время раннего подъема их, в основном, жидкостных ракет. ракеты-носители . Некоторые конструкции имели также верхние ступени твердотопливных ракет. Примеры полетов в 2010-х годах включают российский Протон , европейский Ariane 5 , американский Atlas V и Space Shuttle , а также японский H-II .

Самыми большими из когда-либо построенных твердотопливных ракетных двигателей были три монолитных твердотопливных двигателя Aerojet длиной 6,60 метра (260 дюймов), отлитые во Флориде. Двигатели 260 SL-1 и SL-2 были 6,63 метра (261 дюйм) в диаметре, 24,59 метра (80 футов 8 дюймов) в длину, весили 842 900 кг (1858 300 фунтов) и имели максимальную тягу 16 МН (3500000 фунтов силы). Продолжительность горения составила две минуты. Горловина сопла была достаточно большой, чтобы пройти через нее стоя. Двигатель был способен заменить один к одному на первой ступени жидкостного топлива Saturn I с 8 двигателями, но никогда не использовался как таковой. Двигатель 260 SL-3 был такой же длины и веса, но имел максимальную тягу 24 МН (5 400 000 фунтов силы) и меньшую продолжительность работы.

Сопло

Сужающаяся-расширяющаяся конструкция ускоряет выхлопной газ из сопла, создавая тягу. Сопло должно быть изготовлено из материала, способного выдерживать высокую температуру потока дымовых газов. Часто используются жаропрочные материалы на основе углерода, такие как аморфный графит или углерод-углерод .

Некоторые конструкции включают в себя направленное управление выхлопом. Это может быть достигнуто за счет подвешивания сопла, как в SRB космических челноков, за счет использования реактивных лопастей в выхлопе, как в ракете V-2 , или за счет управления вектором тяги впрыска жидкости (LITV).

Ранняя первая ступень Minuteman использовала один двигатель с четырьмя карданными соплами для обеспечения управления по тангажу, рысканью и крену.

LITV заключается в впрыскивании жидкости в выхлопной поток после горловины сопла. Затем жидкость испаряется и в большинстве случаев вступает в химическую реакцию, добавляя массовый поток к одной стороне потока выхлопных газов и тем самым обеспечивая управляющий момент. Например, твердые ускорители Titan III C вводили четырехокись азота для LITV; танки можно увидеть по бокам ракеты между главной ступенью и ускорителями.

сказка

Раннее использование

Испытание спасательной ракеты Аполлон

Самые старые ракеты были твердотопливными. Вероятно, они были построены в Византийской империи в VII веке и состояли из бамбука в качестве корпуса ракеты и смеси и серы в качестве топлива.

Предположительно независимо от этого в XIII веке в Китае были разработаны ракеты с дымным порохом . Там они использовались, в том числе, в военных целях. Позже они стали известны в Европе, но их основное значение здесь имели только как фейерверки .

Британский офицер Уильям Конгрив разработал ракету для военного использования в начале 19 века . Его использовали, например, при бомбардировке Копенгагена (1807 г.) . Из-за прогресса в артиллерии ракета имела довольно призрачное существование. Только в конце 19 века исследования и разработки в этой области возобновились.

Ракетное испытание (1931 г.) Карла Поггензее и Рейнхольда Тилинга названо первым успешным запуском твердотопливной ракеты в Европе .

Современное использование

Твердотопливные ракеты сегодня используются по-разному, как в военных, так и в гражданских целях, например, в авиации и космонавтике . Их низкая цена позволяет запускать ракеты (« ракета-носитель ») и самолеты ( используется RATO ), а также в небольших школах, а также межконтинентальные баллистические ракеты, такие как Trident, могут выполняться как твердотопливные ракеты. Кроме того, из-за высокого максимального ускорения они используются в качестве спасательных ракет для быстрого вывода пилотируемых космических кораблей из опасной зоны вышедшей из строя ракеты-носителя.

В APCP , например, перхлорат аммония (NH ₄ ClO ₄ ) используется в качестве окислителя, что приводит, например, к 4 H ₂ O + N ₂  + 2 O ₂  + Cl _2, когда две молекулы распадаются (на практике также образуется HCl). Кислород и хлор реагируют с алюминием с образованием Al ₂ O ₃ и AlCl _3, а также полимерного связующего с образованием H ₂ O и CO ₂ , которые выделяют больше энергии. Массовая доля алюминия до 30 процентов.

Из-за своей простой конструкции твердотопливные ракеты также могут изготавливаться очень малых размеров, например, как небольшие ракеты для фейерверков, сигнализации или как специальные ракетные снаряды для использования ручного огнестрельного оружия . Такие ракеты имеют довольно простое топливо, например, дымный порох .

мировоззрение

В будущем планируется снизить вес больших твердотопливных ракет за счет замены стали на пластик, армированный углеродным волокном . Это могло бы резко уменьшить пустую массу больших твердотопливных ракет. Расчеты показали, что одно только это улучшение отношения полной массы к массе пустого может увеличить полезную нагрузку Ariane 5 с целью выхода на геостационарную орбиту на 2  тонны .

Эти легкие материалы могут также сделать возможными чистые твердые ракеты, которые могут экономично доставить большие спутники на околоземные орбиты.

Ядерные ракетные двигатели (ЯРД)

Этот тип РД в отличие от химических вырабатывает энергию не при сгорании топлива, а в результате нагревания рабочего тела энергией ядерных реакций. ЯРД бывают изотопными, термоядерными и ядерными.

История создания

Конструкция и принцип работы ЯРД были разработаны еще в 50-хх годах. Уже в 70-хх годах в СССР и США были готовы экспериментальные образцы, которые успешно проходили испытания. Твердофазный советский двигатель РД-0410 с тягой в 3,6 тонны испытывался на стендовой базе, а американский реактор «NERVA» должен был устанавливаться на ракету «Сатурн V» до того, как спонсирование лунной программы было остановлено. Параллельно велись работы и над созданием газофазных ЯРД. Сейчас действуют научные программы по разработке ядерных РД, проводятся эксперименты на космических станциях.

Таким образом, действующие модели ядерных ракетных двигателей уже есть, но пока ни один из них так и не был задействован вне лабораторий или научных баз. Потенциал таких двигателей довольно высокий, но и риск, связанный с их использованием, тоже немалый, так что пока они существуют только в проектах.

Устройство и принцип действия

Ядерные ракетные двигатели бывают газо-, жидко- и твердофазными в зависимости от агрегатного состояния ядерного топлива. Топливо в твердофазных ЯРД – это ТВЭЛы, такие же, как в ядерных реакторах. Они находятся в корпусе двигателя и в процессе распада делящегося вещества выделяют тепловую энергию. Рабочее тело – газообразный водород или аммиак – контактируя с ТВЭЛом, поглощает энергию и нагревается, увеличиваясь в объеме и сжимаясь, после чего выходит через сопло под высоким давлением.

Принцип работы жидкофазного ЯРД и его устройство аналогично твердофазным, только топливо находится в жидком состоянии, что позволяет увеличить температуру, а значит и тягу.

Газофазные ЯРД работают на топливе в газообразном состоянии. Обычно в них используется уран. Газообразное топливо может удерживаться в корпусе электрическим полем или же находится в герметичной прозрачной колбе – ядерной лампе. В первом случае возникает контакт рабочего тела с топливом, а также частичная утечка последнего, поэтому кроме основной массы топлива в двигателе должен быть предусмотрен его запас для периодического пополнения. В случае с ядерной лампой утечки не происходит, а топливо полностью изолировано от потока рабочего тела.

Преимущества и недостатки ЯРД

Ядерные ракетные двигатели имеют огромное преимущество в сравнении с химическими – это высокий показатель удельного импульса. Для твердофазных моделей его величина составляет 8000-9000 м/с, для жидкофазных – 14000 м/с, для газофазных – 30000 м/с. Вместе с тем, их использование влечет за собой заражение атмосферы радиоактивными выбросами. Сейчас ведутся работы по созданию безопасного, экологичного и эффективного ядерного двигателя, и главным «претендентом» на эту роль является газофазный ЯРД с ядерной лампой, где радиоактивное вещество находится в герметичной колбе и не выходит наружу с реактивным пламенем.

2.3 Расчет основных параметров РДТТ, как функции времени работы двигателя

Исходные данные:

 — значение интервала времени

 — текущее значение времени

 — текущее значение индекса i

Тяга двигателя

Расход рабочего тела

Доля топлива израсходованного за интервал времени

Общая масса израсходованного топлива

Давление в камере РДТТ

Скорость горения ТРТ

Доля сгоревшей части свода заряда ТРТ за интервал времени

Диаметр канала заряда после сгорания доли топлива, равной

Текущее значение средней поверхности горения заряда в интервале времени

Значение длины элемента заряда, сгоревшего за интервал времени

Результаты расчетов параметров при I = 1, 2, 3, 4, 5, 6 приведены в таблице 1.

Химические ракетные двигатели (ХРД)

Этот тип двигателей на сегодняшний день является единственным, который массово используется для выведения в открытый космос космических аппаратов, кроме того, он нашел применение и в военной промышленности. Химические двигатели делятся на твердо- и жидкотопливные в зависимости от агрегатного состояния ракетного топлива.

Виды химических двигателей

История создания

Первыми ракетными двигателями были твердотопливные, а появились они несколько веков назад в Китае. С космосом их тогда мало что связывало, зато с их помощью можно было запускать военные ракеты. В качестве топлива использовался порошок, по составу напоминающий порох, только процентное соотношение его составляющих было изменено. В результате при окислении порошок не взрывался, а постепенно сгорал, выделяя тепло и создавая реактивную тягу. Такие двигатели с переменным успехом дорабатывались, совершенствовались и улучшались, но их удельный импульс все равно оставался малым, то есть конструкция была неэффективной и неэкономичной. Вскоре появились новые виды твердого топлива, позволяющие получить больший удельный импульс и развивать большую тягу. Над его созданием в первой половине ХХ века трудились ученые СССР, США и Европы. Уже во второй половине 40-х годов был разработан прототип современного топлива, используемого и сейчас.

Ракетный двигатель РД — 170 работает на жидком топливе и окислителе.

Жидкостные ракетные двигатели – это изобретение К.Э. Циолковского, который предложил их в качестве силового агрегата космической ракеты в 1903 году. В 20-х годах работы по созданию ЖРД начали проводиться в США, в 30-хх годах – в СССР. Уже к началу Второй мировой войны были созданы первые экспериментальные образцы, а после ее окончания ЖРД стали выпускаться серийно. Использовались они в военной промышленности для оснащения баллистических ракет. В 1957 году впервые в истории человечества был запущен советский искусственный спутник. Для его запуска использовалась ракета, оснащенная РЖД.

Устройство и принцип работы химических ракетных двигателей

Твердотопливный двигатель вмещает в своем корпусе топливо и окислитель в твердом агрегатном состоянии, причем контейнер с топливом – это одновременно и камера сгорания. Топливо обычно имеет форму стержня с центральным отверстием. В процессе окисления стержень начинает сгорать от центра к периферии, а газы, полученные в результате сгорания, выходят через сопло, образуя тягу. Это самая простая конструкция среди всех ракетных двигателей.

В жидкостных РД топливо и окислитель находятся в жидком агрегатном состоянии в двух раздельных резервуарах. По каналам подачи они попадают в камеру сгорания, где смешиваются и происходит процесс горения. Продукты сгорания выходят через сопло, образуя тягу. В качестве окислителя обычно используется жидкий кислород, а топливо может быть разным: керосин, жидкий водород и т.д.

Недостатки РДТТ:

• ограничение по времени работы: топливо сгорает очень быстро;
• невозможность перезапуска двигателя, его остановки и регулирования тяги;
• небольшой удельный вес в пределах 2000-3000 м/с.

Анализируя плюсы и минусы РДТТ, можно сделать вывод, что их использование оправдано только в тех случаях, когда нужен силовой агрегат средней мощности, достаточно дешевый и простой в исполнении. Сфера их использования – баллистические, метеорологические ракеты, ПЗРК, а также боковые ускорители космических ракет (ими оснащаются американские ракеты, в советских и российских ракетах их не использовали).

Достоинства жидкостных РД:

• высокий показатель удельного импульса (порядка 4500 м/с и выше);
• возможность регулирования тяги, остановки и перезапуска двигателя;
• меньший вес и компактность, что дает возможность выводить на орбиту даже большие многотонные грузы.

Недостатки ЖРД:

• сложная конструкция и пуско-наладочные работы;
• в условиях невесомости жидкости в баках могут хаотично перемещаться. Для их осаждения нужно использовать дополнительные источники энергии.

Сфера применения ЖРД – это в основном космонавтика, так как для военных целей эти двигатели слишком дорогие.

Несмотря на то, что пока химические РД – единственные способные обеспечить вывод ракет в открытый космос, их дальнейшее усовершенствование практически невозможно. Ученые и конструкторы убеждены, что предел их возможностей уже достигнут, а для получения более мощных агрегатов с большим удельным импульсом необходимы другие источники энергии.

Достоинства и недостатки

Достоинствами твердотопливных ракет являются: относительная простота, отсутствие проблемы возможных утечек токсичного топлива, низкая пожароопасность, возможность долговременного хранения, надёжность.

Недостатками таких двигателей являются невысокий удельный импульс и относительные сложности с управлением тягой двигателя (дросселированием), его остановкой (отсечка тяги) и повторным запуском, по сравнению с ЖРД; как правило, больший уровень вибраций при работе, большое количество агрессивных веществ в выхлопе наиболее распространённых видов топлива с перхлоратом аммония.

Принцип работы

Компрессор втягивает воздух, сжимает его и направляет в камеру сгорания. В ней сжатый воздух смешивается с топливом, воспламеняется и расширяется. Расширенный газ заставляет вращаться турбину, которая расположена на одном валу с компрессором. Остальная часть энергии перемещается в сужающееся сопло. В результате направленного истечения газа из сопла на двигатель действует реактивная тяга. При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, нагревается до 1500-2000 градусов цельсия.

В полёте поток воздуха тормозится во входном устройстве перед компрессором, в результате чего его температура и давление повышается. На земле во входном устройстве воздух ускоряется, его температура и давление снижаются.

Проходя через компрессор, воздух сжимается, его давление повышается в 10—45 раз, возрастает его температура. Компрессоры газотурбинных двигателей делятся на осевые и центробежные. В наши дни в двигателях наиболее распространены многоступенчатые осевые компрессоры. Центробежные компрессоры, как правило, применяются в малогабаритных силовых установках.

Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, в так называемые жаровые трубы, либо в кольцевую камеру сгорания, которая не состоит из отдельных труб, а является цельным кольцевым элементом. В наши дни кольцевые камеры сгорания являются наиболее распространёнными. Трубчатые камеры сгорания используются гораздо реже, в основном на военных самолётах. Воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичный, вторичный и третичный. Первичный воздух поступает в камеру сгорания через специальное окно в передней части, по центру которого расположен фланец крепления форсунки, и участвует непосредственно в окислении (сгорании) топлива (формировании топливо-воздушной смеси). Вторичный воздух поступает в камеру сгорания сквозь отверстия в стенках жаровой трубы, охлаждая, придавая форму факелу и не участвуя в горении. Третичный воздух подаётся в камеру сгорания уже на выходе из неё, для выравнивания поля температур. При работе двигателя в передней части жаровой трубы всегда вращается вихрь раскалённого газа (что обусловлено специальной формой передней части жаровой трубы), постоянно поджигающего формируемую топливовоздушную смесь, происходит сгорание топлива (керосина, газа), поступающего через форсунки в парообразном состоянии.

Газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине через рабочие лопатки в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы.

Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги.

Чем выше температура сгорания, тем выше КПД двигателя. Для предупреждения разрушения деталей двигателя для их изготовления используют жаропрочные сплавы и термобарьерные покрытия. А также применяется система охлаждения воздухом, отбираемым от средних ступеней компрессора.

Топливо

Основная статья: Твёрдое ракетное топливо

• Гомогенные топлива. Представляют собой твёрдые растворы (обычно — нитроцеллюлозы) в нелетучем растворителе (обычно в нитроглицерине). Применяются в небольших ракетах.
• Смесевые топлива. Это смесь твёрдых окислителя и горючего. Наиболее значимы:
  • Дымный порох. Исторически первое ракетное топливо. Состав: селитра, древесный уголь и сера.
  • Смесевые топлива на основе перхлората аммония (окислитель) и полимерного горючего. Наиболее широко применяемое топливо для тяжелых ракет военного и космического назначения.
  • В ракетомоделизме получило широкое распространение самодельное смесевое топливо на основе нитрата калия и органических связующих, доступных в быту (сорбит, сахар и тому подобных).
• Известны ракетные двигатели, где горючее является твердым топливом, а окислитель жидким веществом и подается в камеру сгорания насосами по трубопроводам. Достоинствами такого топлива являются возможность управления тягой двигателя, достижение более высоких температур сгорания за счет охлаждения камеры жидким окислителем. Такие ракетные двигатели являются промежуточными между ЖРД и РДТТ.

Топливо РДТТ американских межконтинентальных ракет состояло из смеси на основе перхлората аммония в качестве окислителя и горючего полиуретана с алюминием (первая ступень), с присадками (связующего НТРВ (англ. Hydroxyl Terminated Poly Butadien — полибутадиена с концевой гидроксильной группой), улучшающими стабильность скорости горения, формование и хранения заряда и смесью на основе перхлората аммония в качестве окислителя и горючего полиуретана в смеси с сополимером полибутадиена и акриловой кислоты (вторая ступень).

рейтинг

льготы

За исключением случаев применения с поворотными соплами, твердотопливные ракеты производятся полностью без движущихся частей или дополнительных устройств для топливных насосов или трубопроводов, что требует минимальной технической массы. Кроме того, в них постоянно находится топливо, поэтому складские помещения и места для заправки не требуются. Это упрощает использование, например, в метеорологических или наземных научных целях; Для использования в военных целях их иногда можно хранить в большом количестве в магазинах или носить с собой, и они готовы к использованию в короткие сроки.

Само топливо является твердым, и поэтому с ним намного проще обращаться, чем с жидким или газообразным топливом: оно не может улетучиться в такой форме и может быть вредным для здоровья или окружающей среды. Также нет нестабильности, вызванной переливанием жидкого топлива твердым топливом. Благодаря форме пороха можно увидеть так называемые характеристики выгорания, то есть развитие тяги в течение времени горения, и можно очень легко повлиять на само время горения. Таким образом, также могут быть достигнуты большие силы тяги, чем у жидкостных двигателей

Кроме того, большинство типов топлива означает, что центр тяжести ракеты относительно мало изменяется во время горения, что важно для стабильности полета.

Эти преимущества делают твердотопливные ракеты надежными в использовании, мощными и недорогими в разработке, производстве, обслуживании и использовании.

недостаток

Поскольку твердые ракеты всегда содержат взрывоопасное топливо, они также представляют постоянно повышенный риск. Это также делает их тяжелее, чем сравнительно большие ракеты на жидком топливе, которые можно транспортировать пустыми и заправлять только при необходимости.

Продукты сгорания твердотопливных ракет в большинстве случаев выбрасываются медленнее, чем продукты сгорания жидкостных ракет. Потому что тяга по формуле

Тягазнак равноМасса топливавремя⋅Скорость истечения{\ displaystyle {\ text {thust}} = {\ frac {\ text {масса топлива}} {\ text {time}}} \ cdot {\ text {скорость истечения}}}

По расчетам, их преимущество в виде высокой тяги следует покупать за счет высокого расхода топлива. Это приводит к более короткому времени горения по сравнению с жидкостными ракетами. Контроль тяги во время горения невозможен; а в случае аварии твердотопливную ракету нельзя выключить. Только во время изготовления ускорителя можно повлиять на профиль тяги в течение времени горения, например, за счет заполнения различных сегментов топливными смесями с различной реакционной способностью или путем формирования топлива (см. Ниже).

Вся внутренняя часть твердотопливной ракеты также является камерой сгорания . Когда топливо сгорает, возникают высокие давления и температуры. Поэтому стены должны быть рассчитаны на относительно высокие нагрузки. По мере увеличения размера ракеты нагрузка на стенку камеры сгорания увеличивается при том же внутреннем давлении, стенки должны становиться толще и, следовательно, тяжелее. Например, пустая масса твердотопливной ракеты увеличивается по сравнению с полной массой с увеличением размера, в то время как она продолжает уменьшаться в случае ракет на жидком топливе. Поэтому их максимальная техническая масса ниже, чем у других типов ракет.

Ракеты на твердом топливе часто загрязняют больше, чем другие конструкции. При сгорании топлива выделяются хлор, хлористый водород, соединения серы или другие токсичные вещества, например, в зависимости от заправки. В случае запуска Ariane 5 с твердотопливными двигателями EAP P238 общая масса твердого топлива составляет 476 тонн. При содержании твердого вещества 86 мас.% Или 68 мас.% Перхлората аммония (см. Технологию Ariane 5) в твердом топливе общая масса перхлората аммония составляет 324 тонны. Когда запускается Ariane 5, производится 100 тонн хлористого водорода . Затем хлористый водород реагирует с водой с образованием соляной кислоты (270 тонн с 37-процентной кислотностью).

Хобби и любительская ракетная техника

Ракетные двигатели на твердом топливе можно купить для использования в модельной ракетной технике ; Обычно они представляют собой небольшие цилиндры с черным пороховым топливом со встроенным соплом, а иногда и небольшой заряд, который срабатывает, когда топливо заканчивается после некоторой задержки. Этот заряд можно использовать для запуска камеры или раскрытия парашюта . Без этой зарядки и задержки двигатель может зажечь вторую ступень (только для черного пороха).

В ракетной технике средней и большой мощности широко используются серийные двигатели APCP. Они могут быть одноразовыми или перезаряжаемыми. Эти двигатели доступны в импульсных диапазонах от «A» (1,26–2,50 нс) до «O» (20,48–40,96 кН) от нескольких производителей. Они производятся стандартного диаметра и различной длины в зависимости от требуемого импульса. Стандартные диаметры двигателя — 13, 18, 24, 29, 38, 54, 75, 98 и 150 миллиметров. Доступны различные составы пороха для создания различных профилей тяги, а также «специальных эффектов», таких как цветное пламя, следы дыма или большое количество искр (получаемых при добавлении в смесь титановой губки).