Ракетный двигатель на черном порохе
Ракетный двигатель на черном порохе приводит в движение модель ракеты, использующую черный порох . Ракетное топливо с черным порохом состоит из древесного угля, серы и нитрата калия . Количество каждого компонента можно регулировать, чтобы изменить скорость горения черного пороха.
Ракетные двигатели на черном порохе были созданы в примитивной форме китайцами в начале 13-го века, и с течением времени были внесены усовершенствования и найдено несколько применений. Их использовали для оружия и устройств наблюдения, а также для отдыха.
Ракетные двигатели на черном порохе производятся только небольших размеров, чтобы снизить риск взрыва и потери эффективности. Ракеты на черном порохе производятся в классах от 1/8 A до F. В моделях ракетных двигателей большего размера используется композитное топливо на основе перхлората аммония или другое композитное топливо, содержащее нитрат аммония .
История
[ редактировать ]Черный порох – старейшее пороховое топливо. Его использование в ракетах предшествовало его использованию в оружии. [1] Три основных компонента черного пороха — это древесный уголь, сера и селитра (или нитрат калия). Известно, что к 1045 году китайцы производили черный порох, поскольку многие упоминания об этом предмете были найдены в «У-цзин Цун-Яо» («Полный сборник военной классики»). [2] В начале тринадцатого века китайцы превратили объекты с черным порохом, которые раньше использовались только для развлечения, в военное оружие. Первое зарегистрированное использование ракет в качестве боевого оружия произошло в 1232 году. [1] Китайские «огненные стрелы» были выпущены из своего рода катапульты. Черный порох был упакован в закрытую трубку, имевшую на одном конце отверстие для выхода горячих газов и длинную палку в качестве элементарной системы стабилизации и наведения.
Однако черный порох имел очень низкий удельный импульс. В течение следующих нескольких сотен лет в конструкцию ракет вносились усовершенствования. В 1591 году бельгиец Жан Биви описал и зарисовал важную идею многоступенчатых ракет.
К 1600 году ракеты использовались в различных частях Европы против кавалерии. К 1688 году в Германии были изготовлены и успешно запущены ракеты весом более 120 фунтов. В этих немецких ракетах, несущих 16-фунтовые боеголовки, использовались деревянные пороховые ящики, армированные полотном.
Ракеты на черном порохе вышли на новый уровень характеристик с использованием железных корпусов и системы сгорания под высоким давлением, разработанной в Индии инженерами Типу Султана . Его реактивные гранаты и зажигательные устройства с дальностью действия в километр застали британских захватчиков врасплох во время англо-майсурских войн . [3] Впечатленный этим оружием, лондонский юрист сэр Уильям Конгрив увлекся проблемой совершенствования ракет. [4] Он экспериментировал с порохом и конструкцией гильз. Его системный подход к проблеме привел к улучшению дальности, наведения (стабилизации) и зажигательных возможностей. Британские вооруженные силы с большой пользой использовали новые ракеты Конгрива во время наполеоновских войн и войн 1812 года.
В 1939 году исследователи из Калифорнийского технологического института , стремившиеся разработать высокопроизводительный твердотопливный ракетный двигатель для облегчения взлета самолета, объединили черный порох с обычным дорожным асфальтом, чтобы создать первый настоящий композитный двигатель. Это было рождение настоящего композитного двигателя и ознаменовало конец использования черного пороха в основных приложениях ракетной техники. [1] Это также было началом Лаборатории реактивного движения и источником ее названия. [5]
Составы
[ редактировать ]Ракетное топливо с черным порохом по составу очень похоже на старый порох. Основное отличие — наличие связующего вещества, обычно декстрина . Обычно используемые ракетные двигатели модели Estes изготовлены на основе черного пороха. [2] Для правильной работы дымный порох необходимо сжимать очень плотно. Двигатели, разработанные на черном порохе, чаще всего имеют торцевую горелку из-за высокой скорости горения этого топлива. Простая версия без декстрина (наиболее часто используемый состав) включает 75% нитрата калия, 10% серы и 15% древесного угля. [4] По желанию можно добавить декстрин (обычно от 0 до 5%). Для получения интересного искрового следа можно добавить дополнительный (крупный) древесный уголь или металлические порошки (5–10%). Однако это может немного изменить скорость горения смеси. [1]
Производительность
[ редактировать ]
Импульс (площадь под кривой тяги-времени) ракетного двигателя используется для определения его класса . Двигатели на черном порохе делятся на классы от 1/8A до F, что охватывает диапазон импульсов от 0 до 80 Н·с ( ньютон-секунд ).
| Сорт | Общий импульс (Нс) |
|---|---|
| 1/8А | 0 - 0.3125 |
| 1/4А | 0.3126 – 0.625 |
| 1/2А | 0.626 – 1.25 |
| А | 1.26 – 2.50 |
| Б | 2.51 – 5.00 |
| С | 5.01 – 10.00 |
| Д | 10.01 – 20.00 |
| И | 20.01 – 40.00 |
| Ф | 40.01 - 80.00 |
В следующих примерах характеристик ракетных двигателей использованы данные испытаний ракетных двигателей Estes. [6]
Для миниатюрных ракетных двигателей на черном порохе (диаметр 13 мм) максимальная тяга составляет от 5 до 12 Н, общий импульс - от 0,5 до 2,2 Н·с, а время горения - от 0,25 до 1 секунды. Для ракетных двигателей Estes «обычного размера» (диаметр 18 мм) существует три класса: A, B и C. Двигатели класса A диаметром 18 мм имеют максимальную тягу от 9,5 до 9,75 Н, общий импульс от 2,1 до 2,3 Н. ·с, а время горения от 0,5 до 0,75 секунды. Двигатели класса B диаметром 18 мм имеют максимальную тягу от 12,15 до 12,75 Н, общий импульс от 4,2 до 4,35 Н·с и время горения от 0,85 до 1 секунды. Двигатели класса C диаметром 18 мм имеют максимальную тягу от 14 до 14,15 Н, общий импульс от 8,8 до 9 Н·с и время горения от 1,85 до 2 секунд.
В большие ракетные двигатели Estes (диаметром 24 мм) включены 3 класса: C, D и E. Двигатели класса C диаметром 24 мм имеют максимальную тягу от 21,6 до 21,75 Н, общий импульс от 8,8 до 9 Н·. с, а время горения от 0,8 до 0,85 секунды. Двигатели класса D диаметром 24 мм имеют максимальную тягу от 29,7 до 29,8 Н, общий импульс от 16,7 до 16,85 Н·с и время горения от 1,6 до 1,7 секунды. Двигатели класса E диаметром 24 мм имеют максимальную тягу от 19,4 до 19,5 Н, общий импульс от 28,45 до 28,6 Н·с и время горения от 3 до 3,1 секунды. Estes также производит 29-миллиметровые двигатели на черном порохе классов E и F. Двигатели класса F имеют общий импульс 50 Ньютон-секунд и содержат 60 граммов дымного пороха. Двигатели большего размера на черном порохе непрактичны в Соединенных Штатах, поскольку законы о взрывчатых веществах ограничивают использование двигателей на черном порохе потребительского класса до 62,5 граммов пороха. Для использования большего количества топлива пользователям потребуется получить разрешение на взрывчатые вещества от Бюро по алкоголю, табаку, огнестрельному оружию и взрывчатым веществам. Двигатели, содержащие более 62,5 граммов топлива, обычно используют композитное топливо на основе перхлората аммония, поскольку это топливо не подлежит регулированию как взрывчатое вещество.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Бедард, Андре. «Ракеты с черным порохом». Энциклопедия космонавтики. http://www.astronautix.com/
- ^ Jump up to: а б «Нихроимпульсная ракета» . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. Проверено 14 июня 2011 г.
- ^ Винтер, Фрэнк, «Первый золотой век ракетной техники», Смитсоновский институт, 1990 г.
- ^ Jump up to: а б «Ракета на черном порохе — ПироГид» . Архивировано из оригинала 5 сентября 2007 г. Проверено 18 сентября 2011 г.
- ^ Холт, Наталия (январь 2017 г.). Rise of the Rocket Girls (изд. в мягкой обложке). Книги Бэк-Бэй. ISBN 978-0316338905 .
- ^ «Estes Motors: Apogee Rockets, волнение по ракетным моделям начинается здесь» .