«Ракеты прошлого и будущего» (стр. 2 из 6)
Контур расширяющейся части сопла и степень его расширения (отношение площадей на выходе и в горловине) подбираются, исходя из скорости истечения газовой струи и давления окружающей среды, так что давление выхлопных газов на стенки сверхзвуковой части сопла увеличивает силу тяги, создаваемую давлением газов на переднюю часть камеры сгорания. Поскольку наружное (атмосферное) давление уменьшается с ростом высоты, а профиль расширяющейся части сопла можно оптимизировать только для одной высоты, степень расширения выбирается такой, чтобы обеспечить приемлемую эффективность для всех высот. Двигатель для малых высот должен иметь короткое сопло с небольшой степенью расширения. Разработаны сопла для регулируемой степени расширения. Однако на практике они оказываются слишком сложными и дорогими и поэтому редко используются.
Виды ракет (возможно потом уберу из-за недостатка инф-ии)
Сейчас существует огромное количество ракет, которых можно разделить на группы по различным признакам:
1) По назначению – фейерверочные и боевые
2) По устройству – простые и составные (одноступенчатые и многоступенчатые)
3) По типу ракетного двигателя – жидкостные и работающие на твердом топливе.
Критерий «по назначению» можно в свою очередь разделить по другим признакам:
Фейерверочные:
1) Сигнальные (шлаговые)
2) Светящие
3) Со звездами
4) Вихревые
5) Гермесов жезл
Боевые:
1) Поражающие
2) Зажигательные
3) Светящиеся
Рассмотрим более подробно каждый вид ракет. Фейерверочные ракеты обычно используются для развлечения и в основном на праздниках. Их задача – развлекать людей. Как вы уже поняли, существует всего пять типов таких ракет.
1)
Сигнальные. Сигнальная или шлаговая ракета имеет следующее устройство (черт. 7): нижняя часть ее состоит из оболочки, с шейкой внизу, заполняемой порохом, причем от шейки s внутри заполнения оставляется пустое конусообразное пространство, которое способствует большой быстроте взрывания. Это пространство называется дулом и идет до сплошной части заряда, называемой глухим составом (z). Далее заряд закрывается шлаговой шайбой (х) с отверстием посредине. 
На верхнюю часть ракеты надевают или прямо картонный колпак или шатрик Н, если назначение ракеты только взлететь, или еще, между ними, промежуточный цилиндрик, шубу (k), заполняемый шлаговым (производящим выстрел) или цветным составом. Внизу, в шейку ракеты, вставляют запал, быстро горящий зажигательный шнур, вложенный в тонкую гильзу и приклеенный к ракете. Затем к ракете привязывают хвост (см. черт. 7), состоящий из тонкой палки. Вес и длина хвоста определяются условием, чтобы центр тяжести ракеты с хвостом отстоял от нижнего конца (где шейка) ракеты на 1—3 cm. Диаметр и длина малых ракет 1,6 cm и 27,5 cm, больших — 2,5 cm и 35 cm.2) Светящие. Светящая ракета (черт. 13) делается диаметром 3 дм. и отличается от боевой устройством головной части, где над глухим составом (1) помещается медный кружок (2) с припаянной к нему медной трубкой (3), набитой медленно горящим составом и укрепляемой серной обливкой (4). К переднему концу гильзы прикрепляется ;
жестяной колпак (5), наполненный кусками (6) светящего состава (селитра + сера + антимоний) в виде цилиндриков, впрессованных в бумажные гильзы; на концах цилиндриков сделано по углублению, заполненному пороховой мякотью, в промежутках между цилиндриками пропущен стопин (7), один конец которого продевается через отверстие в дне жестянки и вставляется в медную трубку (3), другой же укладывается поверх цилиндриков. Перед прикреплением крышки (8) колпака пространство, оставшееся над цилиндриками свободным, заполняется войлоком. Ракета весит около 16 kg и и освещает местность около 0,5 km диаметром. Дальность — 1 km. Время освещения 1/4 мин.
Простая военно-сигнальная ракета, калибром 8 cm и длиною 50 cm, начиненная обыкновенным зернистым порохом, поднимает в 5 сек. 4 kg груза на высоту до 1500 m, т. е. развивает около 10 лош. сил.
Немецкая светящая ракета достигает веса в 15 kg, длина хвоста ее 2,4 m. Полная длина 3,45 m. При взлете под 45° достигает высоты 300 m в 3 сек. Развиваемая ею работа равна 1500 kg, m/sec. Состав пороха ее: 76 чистой селитры, 10—серы и 16 частей 25% крушинного угля.3)
Ракеты со звездами. На черт. 8 и 15 показаны разновидности фейерверочных ракет, именно, начиненных цветными звездами. Они похожи по устройству на светящие ракеты. В верхний конус их кладется заполнение из бумаги или войлока, на него — картонный кружок, и далее — цветные звезды, пересыпанные пороховой мякотью. Далее идет звуковой заряд и, наконец, пороховой заряд с каналом и хвост, длина которого равна 7—8 длинам гильзы.4) Вихревая ракета (черт. 9) состоит из крупной ракеты, сверху которой прикреплено несколько малых в горизонтальной плоскости. Сначала загорается крупная ракета; по достижении известной высоты загораются малые и дают красивый вихрь. Винтовая ракета подвязывается к хвосту не прямо, а наискось, тогда, при взлете, она опишет извилистый путь.
5) Гермесов жезл представляет вариант винтовой ракеты и состоит из двух ракет, крестообразно привязанных к общему хвосту; отверстия у них имеются и снизу и сбоку, так что движение получается двоякое; вертикальное и вращающееся.
Разновидностью фейерверочной ракеты является ракета с парашютом (черт. 10), которая на высоте выбрасывает бумажный или матерчатый парашют; при помощи последнего медленно спускается с высоты какой-нибудь горящий состав.Иногда в ракете помещается несколько парашютов, которые после подъема ракеты отделяются от нее с патронами, которые дают световые и цветовые огни. Для подъема парашютов употребляется крупная шлаговая ракета, под самым колпаком которой пробуравлено столько отверстий, сколько парашютов. Из этих отверстий к патронам парашютов идут зажигательные шнуры (черт. 24—25).
Военные (боевые) ракеты обычно имеют твердотопливные двигатели. Это связанно с тем, что такой двигатель заправляется на заводе и не требует обслуживания весь срок хранения и службы самой ракеты. Часто твердотопливные двигатели применяют как разгонные для космических ракет. Особенно широко, в этом качестве, их применяют в США, Франции, Японии и Китае.
Рачеты силы тяги, скорости…
Тяга и удельный импульс тяги. Тяга двигателя F равна произведению давления, создаваемого выхлопными газами, на площадь выходного сечения сопла, за вычетом силы давления окружающей среды на ту же площадь. Эффективность двигателя оценивается его удельным импульсом Isp, который имеет несколько различных единиц измерения. Одна из единиц представляет собой тягу, деленную на полный секундный расход топлива (w), т.е. Isp = F/w. Другая есть эффективная скорость истечения C, деленная на ускорение силы тяжести g, в этом случае Isp = C/g. Удельный импульс обычно выражают в секундах (в системе СИ Isp измеряется в НЧс/кг или м/с), и в этом случае его величина равна числу килограммов тяги, получаемой при сгорании одного килограмма топлива. Величина Isp зависит от ряда факторов, главным образом от энергии, выделяемой при сгорании топлива, и эффективности использования этой энергии в двигателе (например, короткое коническое сопло в вакууме будет менее эффективно, чем длинное и тщательно спрофилированное).
Относительная начальная масса и характеристическая скорость ракеты. Эти величины являются основными характеристиками ракеты как летательного аппарата. Относительная начальная масса представляет собой отношение начальной массы ракеты W к ее конечной массе после выгорания топлива w. Величина Isp зависит от конструктивного совершенства ракеты и эффективности ее двигателя; эти параметры определяют конечную скорость, которую развивает ракета. Характеристическая конечная скорость ракеты определяется по формуле Циолковского
Vb0 = (gIsp ln [W/w]) – (VLg + VLd + VLt),
где VLg, VLd и VLt – потери скорости (определяемые из дополнительных уравнений), связанные с силой тяжести, сопротивлением атмосферы и меньшей силы тяги в атмосфере.
Характеристическая конечная скорость ракеты для данной относительной начальной массы.
Как видно из этой формулы, для повышения конечной скорости ракеты необходимо: 1) увеличивать относительную начальную массу (W/w) за счет облегчения конструкции; 2) увеличивать удельный импульс за счет применения более высокоэнергетического топлива; 3) снижать лобовое сопротивление за счет улучшения обтекания и уменьшения размеров ракеты. Однако из-за того, что полетное задание ракеты (особенно космической) изменяется от полета к полету, а в процессе полета внешние условия непрерывно изменяются, при проектировании ракеты приходится идти на компромиссы.
КОНСТРУКЦИЯ РДТТ и различные типы зарядов топлива; продольное (вверху) и поперечные (внизу) сечения. 1 – устройство зажигания; 2 – корпус двигателя; 3 – поверхность горения (открытая); 4 – изоляция; 5 – переднее днище; 6 – центральный канал; 7 – топливный заряд; 8 – выхлопное сопло. а – торцевое горение; б – радиальное горение; в – регрессивное канальное горение.