Jump to content

Пропеллент

(Перенаправлено с заряда в пропеллеру )

Пропеллент масса (или пропеллент ) - это , которая изгнана или расширяется таким образом, чтобы создать тягу или другую мотивную силу в соответствии с третьим законом движения Ньютона и «продвигать» транспортное средство, снаряд или полезное нагрузку. В транспортных средствах двигатель, который высылает топливо, называется двигателем реакции . Несмотря на то, что технически топливо является реакционной массой, используемой для создания тяги, термин «топливный» часто используется для описания вещества, которое содержит как реакционную массу, так и топливо, которое сохраняет энергию, используемую для ускорения реакционной массы. Например, термин «топливо» часто используется в химической ракетной конструкции для описания комбинированного топлива/топлива, хотя пропелленты не следует путать с топливом , которое используется двигателем для производства энергии, которая вызывает топливо. Несмотря на то, что побочные продукты веществ, используемые в качестве топлива, также часто используются в качестве реакционной массы для создания тяги, например, с химическим ракетным двигателем, пропеллент и топливо являются двумя различными понятиями.

Транспортные средства могут использовать пропелленты, чтобы двигаться, выбросив пропеллента назад, который создает противоположную силу, которая движет автомобиль вперед. Снаряды могут использовать топливов, которые расширяют газы, которые обеспечивают мотивную силу для приведения снаряда в движение. Аэрозольные банки используют пропелленты, которые представляют собой жидкости, которые сжимаются таким образом, чтобы, когда пропеллент разрешается убежать, освобождая клапан, энергия, хранящаяся в сжатии, выводит топливов из банки, и что пропелтант вытесняет полезную нагрузку аэрозоля вместе с пропеллентом. Сжатая жидкость также может использоваться в качестве простого топлива для транспортного средства, с потенциальной энергией, которая хранится в сжатой жидкости, используемой для выброса жидкости в качестве пропеллера. Энергия, хранящаяся в жидкости, была добавлена ​​в систему при сжатии жидкости, такой как сжатый воздух . Энергия, применяемая на насос или тепловую систему, которая используется для сжатия воздуха, сохраняется до тех пор, пока она не будет высвобождена, позволяя пропеллеру сбежать. Сжатая жидкость может также использоваться только в качестве хранения энергии вместе с каким -то другим веществом в качестве пропеллета, например, с Ракеты для воды , где энергия, хранящаяся в сжатом воздухе, является топливом, а вода - это топливо.

В космическом корабле с электрическим питанием электричество используется для ускорения топлива. Электростатическая сила может быть использована для изгнания положительных ионов, или сила Лоренца может использоваться для выброса отрицательных ионов и электронов в качестве пропеллера. Электротермические двигатели используют электромагнитную силу для нагрева газов с низким содержанием молекулярного веса (например, водород, гелий, аммиак) в плазму и вытесняют плазму как пропеллент. В случае резистового ракетного двигателя сжатый топливный топливный пропеллант просто нагревается с использованием резистивного нагрева, поскольку он исключается, чтобы создать большую тягу.

В химических ракетах и ​​самолетах топливо используется для производства энергетического газа, который можно направить через сопло , тем самым производя тягу. В ракетах сжигание ракетного топлива производит выхлоп, а истощенный материал обычно исключается как пропеллент под давлением через форсунку . Выхлопной материал может быть газом , жидкостью , плазмой или твердым . В питаемых самолетах без пропеллеров, таких как самолеты , пропеллент обычно является продуктом сжигания топлива с атмосферным кислородом, так что полученный продукт для топлива имеет больше массы, чем топливо, которое переносится на транспортном средстве.

Предлагаемые фотонные ракеты будут использовать релятивистский импульс фотонов для создания тяги. Несмотря на то, что фотоны не имеют массы, они все равно могут действовать как пропеллент, потому что они движутся с релятивистской скоростью, то есть скорости света. В этом случае третий закон движения Ньютона неадекватен для моделирования физики, вовлеченной и релятивистской физики .

В химических ракетах химические реакции используются для получения энергии , которая создает движение жидкости , которая используется для изгнания продуктов этой химической реакции (а иногда и других веществ) в качестве пропеллентов. Например, в простом водороде/кислородном двигателе водород сжигается (окисляется), чтобы создать H 2 O и энергия от химической реакции используется для изгнания воды (пара), чтобы обеспечить тягу. Часто в химических ракетных двигателях более молекулярное массовое вещество включается в топливо, чтобы обеспечить больше реакционной массы.

Ракетный пропеллент может быть исключен с помощью насадки для расширения в качестве холодного газа, то есть без энергетического смешивания и сгорания, чтобы обеспечить небольшие изменения скорости в космическом корабле с помощью двигателей холодного газа , обычно в качестве маневрирования двигателей.

Чтобы достичь полезной плотности для хранения, большинство пропеллентов хранятся как твердый или жидкость.

Пропелленты автомобиля

[ редактировать ]

Ракетный пропеллент - это масса , которая изгнана из транспортного средства, такого как ракета, таким образом, чтобы создать тягу в соответствии с третьим законом движения Ньютона , и «продвигать» автомобиль вперед. Двигатель, который высылает топливо, называется двигателем реакции . Хотя термин «топливо» часто используется в химической ракетной конструкции для описания комбинированного топлива/топлива, пропелленты не следует путать с топливом , которое используется двигателем для производства энергии, которая выпускает топливо. Несмотря на то, что побочные продукты веществ, используемые в качестве топлива, также часто используются в качестве реакционной массы для создания тяги, например, с химическим ракетным двигателем, пропеллент и топливо являются двумя различными понятиями.

В космическом корабле с электрическим питанием электричество используется для ускорения топлива. Электростатическая сила может быть использована для изгнания положительных ионов, или сила Лоренца может использоваться для выброса отрицательных ионов и электронов в качестве пропеллера. Электротермические двигатели используют электромагнитную силу для нагрева газов с низким содержанием молекулярного веса (например, водород, гелий, аммиак) в плазму и вытесняют плазму как пропеллент. В случае резистового ракетного двигателя сжатый топливный топливный пропеллант просто нагревается с использованием резистивного нагрева, поскольку он исключается, чтобы создать большую тягу.

В химических ракетах и ​​самолетах топливо используется для производства энергетического газа, который можно направить через сопло , тем самым производя тягу. В ракетах сжигание ракетного топлива производит выхлоп, а истощенный материал обычно исключается как пропеллент под давлением через форсунку . Выхлопной материал может быть газом , жидкостью , плазмой или твердым . В питаемых самолетах без пропеллеров, таких как самолеты , пропеллент обычно является продуктом сжигания топлива с атмосферным кислородом, так что полученный продукт для топлива имеет больше массы, чем топливо, которое переносится на транспортном средстве.

Пропеллент или топливо могут также быть просто сжатой жидкостью, с потенциальной энергией, которая хранится в сжатой жидкости, используемой для выброса жидкости в качестве пропеллета. Энергия, хранящаяся в жидкости, была добавлена ​​в систему при сжатии жидкости, такой как сжатый воздух . Энергия, применяемая на насос или тепловую систему, которая используется для сжатия воздуха, сохраняется до тех пор, пока она не будет высвобождена, позволяя пропеллеру сбежать. Сжатая жидкость также может использоваться только в качестве накопления энергии вместе с некоторым другим веществом в качестве пропеллета, например, с ракетой воды , где энергия, хранящаяся в сжатом воздухе, является топливом, а вода является топливом.

Предлагаемые фотонные ракеты будут использовать релятивистский импульс фотонов для создания тяги. Несмотря на то, что фотоны не имеют массы, они все равно могут действовать как пропеллент, потому что они движутся с релятивистской скоростью, то есть скорости света. В этом случае третий закон движения Ньютона неадекватен для моделирования физики, вовлеченной и релятивистской физики .

В химических ракетах химические реакции используются для получения энергии , которая создает движение жидкости , которая используется для изгнания продуктов этой химической реакции (а иногда и других веществ) в качестве пропеллентов. Например, в простом водороде/кислородном двигателе водород сжигается (окисляется), чтобы создать H 2 O и энергия от химической реакции используется для изгнания воды (пара), чтобы обеспечить тягу. Часто в химических ракетных двигателях более молекулярное массовое вещество включается в топливо, чтобы обеспечить больше реакционной массы.

Ракетный пропеллент может быть исключен с помощью насадки для расширения в качестве холодного газа, то есть без энергетического смешивания и сгорания, чтобы обеспечить небольшие изменения скорости в космическом корабле с помощью двигателей холодного газа , обычно в качестве маневрирования двигателей.

Чтобы достичь полезной плотности для хранения, большинство пропеллентов хранятся как твердый или жидкость.

Пропелленты могут быть под напряжением химическими реакциями, чтобы выбросить твердую, жидкость или газ. Электрическая энергия может использоваться для выброса газов, плазмы, ионов, твердых веществ или жидкостей. Фотоны могут использоваться для обеспечения тяги через релятивистский импульс.

Химически питается

[ редактировать ]

Твердый пропеллент

[ редактировать ]

В настоящее время пропелленты, которые взорвутся в эксплуатации, имеют мало практического использования, хотя были проведены эксперименты с двигателями пульсовой детонации . Кроме того, на исследовательской стадии рассматриваются недавно синтезированные соединения на основе бишомокубана как твердых и жидких пропеллентов будущего. [ 1 ] [ 2 ]

Сплошное топливо/топливо используется в формах, называемых зернами . Зерно - это любая отдельная частица топлива/топлива независимо от размера или формы. Форма и размер зерна определяют время сжигания, количество газа и скорость полученной энергии от сжигания топлива и, как следствие, тяги против профиля времени.

Существует три типа ожогов, которые могут быть достигнуты с помощью разных зерен.

Прогрессивный ожог
Обычно зерно с множественными перфорациями или звездой в центре обеспечивает много площади поверхности.
Дегрессивный ожог
Обычно твердое зерно в форме цилиндра или сферы.
Нейтральный ожог
Обычно единственная перфорация; По мере того, как внешняя поверхность уменьшается, внутренняя поверхность увеличивается с той же скоростью.
Композиция
[ редактировать ]

Существует четыре различных типа состава твердого топлива/топлива:

Одиночное топливо/топливо
Единый топливный/топливный топливо имеет нитроцеллюлозу в качестве главного ингредиента взрывчатых веществ. Стабилизаторы и другие добавки используются для контроля химической стабильности и повышения ее свойств.
Двойное топливо/топливо
Двойное топливо/топливооборот состоят из нитроцеллюлозы с нитроглицерином или другими взрывчатыми веществами с жидкими органическими нитратами. Стабилизаторы и другие добавки также используются. Нитроглицерин уменьшает дым и увеличивает выход энергии. Двойное топливо/топливооборот используется в стрелковых руках, пушках, растворах и ракетах.
Тройной топливо/топливо
Топливо/топливо на основе тройной основы состоят из нитроцеллюлозных, нитрогуанидина, нитроглицерина или других взрывчатых веществ с жидкими органическими нитратами. Топливо/топливо на основе тройки используются в пушках .
Композит
Композиты не используют нитроцеллюлозу, нитроглицерин, нитрогуанидин или любой другой органический нитрат в качестве первичной компоненты. Композиты обычно состоят из топлива, такого как металлический алюминий, горючий связующий, такой как синтетический каучук или HTPB , и окислитель, такой как перхлорат аммония. Составное топливо/топливо используется в больших ракетных двигателях. В некоторых приложениях, таких как ракета US SLBM Trident II, нитроглицерин добавляется в композит алюминия и перхлората аммония в качестве энергетического пластификатора.

Жидкий пропеллент

[ редактировать ]

В ракетах используются три основные бипропеллянтные комбинации жидкости: криогенный кислород и водород, криогенный кислород и углеводород, а также художественные пропелленты. [ 3 ]

Криогенный кислород - водородная комбинированная система
Используется на верхних этапах, а иногда и на стадии бустера систем запуска космического пространства. Это нетоксичная комбинация. Это дает высокий специфический импульс и идеально подходит для высокоскоростных миссий.
Криогенный кислород-гидроглеродный пропеллент
Используется для многих стадий бустеров космических пусковых транспортных средств , а также меньшего количества второго этапа . Эта комбинация топлива/окислителя имеет высокую плотность и, следовательно, позволяет создавать более компактную конструкцию бустера.
Хранившие комбинации топлива
Используется практически во всех бипропеллянтах с низким уровнем высоты, вспомогательных или реакционными ракетными двигателями, а также в некоторых в больших ракетных двигателях для первого и второго этапа баллистических ракет. Они мгновенные и подходят для долгосрочного хранения.

Пропеллентные комбинации, используемые для жидких ракет с пропеллентом, включают:

Общий монопропеллант, используемый для жидких ракетных двигателей, включает в себя:

  • Перекись водорода
  • Гидразин
  • Красная азотная кислота (RFNA)

Электрически питается

[ редактировать ]

Реактивные двигатели с электрическим питанием используют различные ионизированные пропелленты, включая атомные ионы, плазму, электроны или небольшие капли или твердые частицы в качестве пропеллета.

Электростатический

[ редактировать ]

Если ускорение вызвано главным образом кулоновской силой (то есть применение статического электрического поля в направлении ускорения), устройство считается электростатическим. Типы электростатических дисков и их пропелленты:

Электротермический

[ редактировать ]

Это двигатели, которые используют электромагнитные поля для генерации плазмы , которая используется в качестве пропеллера. Они используют форсунку для направления энергичного пропеллента. Сама сопло может быть составлена ​​просто из магнитного поля. Низкие молекулярные газы (например, водород, гелий, аммиак) являются предпочтительными пропеллентами для такого рода системы. [ 6 ]

Электромагнитный

[ редактировать ]

Электромагнитные двигатели используют ионы в качестве топлива, которые ускоряются силой Лоренца или магнитными полями, либо из которых генерируется электричеством:

Ядерные реакции могут использоваться для получения энергии для изгнания пропеллетов. Многие типы ядерных реакторов были использованы/предложены для производства электроэнергии для электрического движения, как указано выше. Ядерная импульсная движения использует серию ядерных взрывов для создания большого количества энергии, чтобы исключить продукты ядерной реакции в качестве пропеллера. Ядерные тепловые ракеты используют тепло ядерной реакции, чтобы нагревать топливо. Обычно пропеллент является водородом, потому что сила является функцией энергии независимо от массы топлива, поэтому самый легкий пропеллент (водород) производит наибольший специфический импульс .

Фотонный реактивный двигатель использует фотоны в качестве топлива и их дискретная релятивистская энергия для получения тяги.

Сжатые жидкости

[ редактировать ]

Сжатые жидкости или сжатые газовые пропеллеты подвергаются под давлением физически, компрессором, а не химической реакцией. Давление и плотность энергии, которые могут быть достигнуты, хотя и недостаточно для высокопроизводительных ракетинга и огнестрельного оружия, являются достаточными для большинства применений, и в этом случае сжатые жидкости предлагают более простой, более безопасный и более практичный источник давления пропелта.

Сжатый пропеллент жидкости может быть просто газом под давлением или веществом, которое представляет собой газ при атмосферном давлении, но хранится под давлением в качестве жидкости.

Сжатые газовые пропелленты

[ редактировать ]

В приложениях, в которых используется большое количество топлива, такое как промывание под давлением и аэрография , воздух может быть под давлением компрессором и используется немедленно. Кроме того, ручной насос для сжатия воздуха может использоваться для его простоты в низкотехнологичных приложениях, таких как распылители , господство завода и водные ракеты . Самыми простыми примерами такой системы являются сжатия бутылок для таких жидкостей, как кетчуп и шампунь.

Тем не менее, сжатые газы нецелесообразны в качестве хранимых пропеллетов, если они не ликвидируют внутри контейнера для хранения, потому что для хранения какого-либо значительного количества газа требуется очень высокое давление, а газовые цилиндры высокого давления и регуляторы давления являются дорогими и тяжелыми.

Живеще -газовые пропелтанты

[ редактировать ]

Живистые газовые пропеллеты представляют собой газы при атмосферном давлении, но становятся жидкостью при скромном давлении. Это давление достаточно высокое, чтобы обеспечить полезное движение полезной нагрузки (например, аэрозольная краска, дезодорант, смазочный материал), но достаточно низкий, чтобы хранить в недорогой металлической бане, и не представляет опасность безопасности на случай, если банка разорвана.

жидкости Смесь жидкости и газообразного топлива внутри банки поддерживает постоянное давление, называемое давлением паров . Поскольку полезная нагрузка истощается, топливный топливо испаряется, чтобы заполнить внутренний объем банки. Жидкости, как правило, 500-1000x плотнее, чем их соответствующие газы при атмосферном давлении; Даже при более высоком давлении внутри банки необходимо пропеллентность лишь небольшая часть его объема, чтобы выбросить полезную нагрузку и заменить ее паром.

Испаривание жидкого топлива на газ требует некоторой энергии, энтальпии испарения , которая охлаждает систему. Обычно это незначительно, хотя иногда это может быть нежелательный эффект тяжелого использования (поскольку система охлаждается, давление паров пропеллента падает). Однако в случае спрея замораживания это охлаждение способствует желаемому эффекту (хотя спреи замораживания могут также содержать другие компоненты, такие как хлорэтан , с более низким давлением паров, но более высокой энтальпией испарения, чем пропеллент).

Пропеллентные соединения

[ редактировать ]

Хлорофторуглероды (CFC) когда -то часто использовались в качестве пропеллентов, [ 7 ] Но с тех пор, как Монреальский протокол вступил в силу в 1989 году, они были заменены почти в каждой стране из -за негативных последствий, которые CFC оказывают на озоновый слой Земли . Наиболее распространенными заменами ХФУ являются смеси летучих углеводородов , обычно пропана , н- бутана и изобутана . [ 8 ] диметиловый эфир (DME) и метил этиловый эфир Также используются . Все это имеет недостаток в легковоспламеняющейся . Оксид азота и углекислый газ также используются в качестве пропеллетов для доставки продуктов питания (например, взбитые сливки и спрей для приготовления пищи ). Лекарственные аэрозоли, такие как ингаляторы астмы, используют гидрофлуороалканы (HFA): либо 134a (1,1,1,1,2, HFA -tetrafluorooroethan Два. Совсем недавно пропелленты жидкости гидрофлуоолефина (HFO) стали более широко приняты в аэрозольных системах из -за их относительно низкого давления паров, низкого потенциала глобального потепления (GWP) и непламенности. [ 9 ]

Полезные нагрузки

[ редактировать ]

Практичность жидких газовых пропеллентов допускает широкое разнообразие полезных нагрузок. Аэрозольные спреи , в которых жидкость выворачивается в виде спрея, включают краски, смазочные материалы, обезжирители и защитные покрытия; дезодоранты и другие средства личной гигиены; растительные масла. Некоторые полезные нагрузки жидкости не распыляются из -за более низкого давления в пропелтант и/или вязкой полезной нагрузки, как с взбитыми сливками и кремом для бритья или гелем бритья. Оружие с низким энергопотреблением, такие как BB Guns , Paintball и Airsoft Guns, имеют сплошные снаряжные полезные нагрузки. Уникально, в случае газовой тряпки («консервированный воздух») единственная полезная нагрузка - это скорость самого паров топлива.

Смотрите также

[ редактировать ]
  1. ^ Лал, Сохан; Раджкумар, Сундарам; Тара, Амит; Решми, Сасидхаракуруп; Чоудхури, Ариндраджит; Namboothiri, Irishi NN (декабрь 2014 г.). «Нитрозамещенные бишомокубаны: синтез, характеристика и применение в качестве энергетических материалов» . Химия: азиатский журнал . 9 (12): 3533-3541. Doi : 10.1002/Asia.201402607 . PMID   25314237 .
  2. ^ Лал, Сохан; Маллик, милый; Раджкумар, Сундарам; Oommen, Oommen P.; Решми, Сасидхаракуруп; Кумбхакарна, Нерадж; Чоудхури, Ариндраджит; Namboothiri, Irishi (2015). «Синтез и энергетические свойства замененных бишомокване с высоким содержанием азота» . J. Mater. Химический А. 3 (44): 22118-22128. Doi : 10.1039/c5ta05380c .
  3. ^ Саттон, Джордж; Библия, Оскар (2001). Элементы ракетного движения . Вилли. ISBN  9781601190604 Полем OCLC   75193234 .
  4. ^ Хатчинсон, Ли (2013-04-14). «Новый ракетный двигатель F-1B модернизирует дизайн ApolloERA с 1,8 млн. Фунтов ствола» . Ars Technica . Получено 2013-04-15 . Наиболее эффективная комбинация топлива и окислителя, обычно используемая сегодня для химических жидких ракет, - это водород (топливо) и кислород (окислитель) », - продолжают косо Реакция - это простая вода.
  5. ^ Хатчинсон, Ли (2013-04-14). «Новый ракетный двигатель F-1B модернизирует дизайн ApolloERA с 1,8 млн. Фунтов ствола» . Ars Technica . п. 2 ​Получено 2013-04-15 . Рафинированная нефть-это не самое эффективное топливо, продуцирующее тягу для ракет, но то, чего ему не хватает в производстве тяги, оно компенсирует в плотности. Требуется меньший объем RP-1, чтобы придать ту же силу тяги на транспортное средство, а меньший объем приравнивается к уменьшению размера стадии. ... меньшая стадия усиления означает гораздо меньше аэродинамического сопротивления, поскольку автомобиль поднимается от почти уровня моря и ускоряется через более плотную (более толстую) часть атмосферы возле Земли. Результатом меньшей стадии бустера является обеспечение более эффективного восхождения через самую толстую часть атмосферы, которая помогает улучшить чистую массу, поднятую на орбиту.
  6. ^ «Нативные электрические двигатели сегодня» (на русском языке). Новости Космонавтики. 1999. Архивировано из оригинала 6 июня 2011 года.
  7. ^ «Пожары быстро остановились« ленивым »газом Фреона» . Популярная механика . Тол. 87. Журналы Херста . Апрель 1947 г. с. 115 . Получено 7 июня 2019 года . химические соединения Freon в домашних холодильниках, системах с воздушным охлаждением и в качестве носителя ДДТ в бомбах аэрозольных насекомых более эффективны при погашении пожаров, чем углекислый газ. Было обнаружено, что
  8. ^ Йоман, Эмбер М.; Льюис, Аластер С. (2021-04-22). «Глобальные выбросы ЛОС из сжатых аэрозольных продуктов» . Элемент: Наука антропоцена . 9 (1): 00177. DOI : 10.1525/elementa.2020.20.00177 . ISSN   2325-1026 .
  9. ^ «Технический бюллетень Solstice® Propellant» (PDF) . Honeywell . 2017.

Библиография

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: eb637f7fc9b16e454382cbf5c9ba2e95__1721235300
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/eb/95/eb637f7fc9b16e454382cbf5c9ba2e95.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Propellant - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)