Виктор Петров - Искусственный спутник земли

Растрескивание или разламывание пороховых шашек в процессе горения влечет за собой увеличение поверхности горения, повышение газообразования, а следовательно, и резкое местное возрастание давления, что может привести к взрыву камеры сгорания.

Нитроглицериновые пороха, применяемые в ПРД, обеспечивают скорость истечения газов порядка 2700 м/сек.

Порох в камере сгорания сгорает за время от нескольких десятых долей секунды до 100 секунд.

Поверхность горения является важнейшим фактором всех пороховых двигателей, обусловливающим величину их тяги. Так как тяга двигателя равна произведению массы вытекающих в секунду газов на скорость их истечения, то получить большую тягу, очевидно, можно, увеличив вес вытекающих в секунду газов. В пороховом двигателе этого можно достигнуть увеличением поверхности горения. В свою очередь небольшую тягу при соответственно большей продолжительности работы можно получить, если поверхность горения мала. При данной величине камеры сгорания изменение поверхности горения можно осуществить только путем изменения геометрической формы и расположения пороховых зарядов. На рис. 11 показано несколько форм пороховых шашек ракетного заряда, применяя которые можно в известных пределах регулировать закон образования газов по времени.

В двигателях с горением заряда по части поверхности заряд обычно занимает всю камеру сгорания и горит только по торцовой поверхности (рис. 11, а ). Вследствие этого тяга оказывается пропорциональной величине площади поперечного сечения камеры, а продолжительность горения — пропорциональной длине заряда. Этот тип заряда позволяет использовать объем камеры сгорания наиболее полно. Заряды с горением по части поверхности имеют почти постоянную поверхность горения.

Заряды с горением по всей поверхности обычно состоят из одного или нескольких цилиндров с кольцевым или специально профилированным поперечным сечением, как это показано на рис. 11, б . В случае применения полых цилиндрических шашек поверхность горения имеет почти постоянную величину, так как в этой шашке выгорание внешней цилиндрической поверхности приводит к уменьшению, а выгорание внутренней поверхности — к такому же увеличению горящей поверхности. Таким образом, изменение величины горящей поверхности происходит только из-за уменьшения поверхности торцов. Если шашка имеет большую длину, то влияние торцов на общую поверхность горения очень незначительно, и можно считать, что поверхность горения практически остается постоянной.

В некоторых случаях, например для получения большой скорости ракеты, необходимо бывает добиться быстрого сгорания пороха (за 0,1–0,3 секунды). В таких случаях увеличивают поверхность шашек и уменьшают их толщину. Заряд делают многошашечным (рис. 11, в ). Применяются и другие более сложные форму шашек, например, звездообразные, обеспечивающие нужное изменение горящей поверхности (рис. 11, г ).

В ряде случаев требуется получить заряд с малой поверхностью горения, но горящий продолжительное время (десятки секунд). Это необходимо, например, для пороховых аккумуляторов давления. Для замедления горения применяют так называемые бронированные шашки. В этих шашках часть поверхности пороха покрывается пластмассой, которая не горит сама и предохраняет от загорания покрытую ею поверхность шашки.

Пороховые ракетные двигатели имеют следующие отличительные черты и особенности:

а) развивают большой импульс в очень короткое время — в десятые доли секунды;

б) имеют большую скорость горения пороха (20–25 м/сек), в результате чего они, как правило, кратковременного действия;

в) имеют большое отношение тяги к первоначальному весу;

г) горючее двигателей имеет малую теплотворную способность — 800–900 ккал/кг;

д) просты в изготовлении и в обращении.

Вследствие незначительного времени работы ПРД пороховые ракеты в большинстве случаев имеют малые дальности полета. Пороховые ракеты используются также в качестве стартовых ракет (бустеров).

В связи с разработкой новых типов порохов и особых конструкций пороховых ракет и других ракет, работающих на твердом топливе, в печати появлялись сообщения о применении таких двигателей в качестве третьей, последней ступени ракеты-носителя спутника Земли [16], а также в качестве основного двигателя для ракет, предназначенных для исследования верхних слоев атмосферы. Так, в апрельском номере английского журнала «Nature» («Природа») за 1956 г. (в т. 177, № 4510 на стр. 643–645) сообщалось, что английское королевское общество межпланетных сообщений совместно с министерством снабжения (ведающего всеми разработками и строительством управляемых и неуправляемых боевых ракет) предполагает принять участие в исследовании с помощью ракет верхних слоев атмосферы в течение Международного геофизического года и что для этой цели будет построена одноступенчатая неуправляемая ракета с двигателем на твердом топливе, работающем около 30 секунд. Сообщаются следующие тактико-технические характеристики этой ракеты: длина ракеты — 7–8 м, диаметр — 0,44 м. Стартовый вес свыше 1130 кг, причем основная часть веса приходится на топливо. Полезная нагрузка (приборы научных наблюдений) составит 68 кг. Максимальная высота подъема 167 км, а у последующих вариантов до 213 км. Так как ракета будет неуправляемой, то она может сильно отклоняться от намеченной траектории. Этот вопрос предполагалось выяснить во время испытаний ракеты на полигоне Вумера в Австралии. При выявлении значительных отклонений ракеты от намеченной траектории на ней предполагали дополнительно установить двигатель-ускоритель или небольшой ракетный двигатель для придания ракете вращения вокруг ее продольной оси в течение первых 5 секунд полета.

Примеры использования пороховых двигателей в третьей ступени ракет-носителей ИСЗ будут нами приведены ниже при описании возможных конструкций ракет-носителей и их запуска на орбиту ИСЗ.

Широко распространенными в авиации и боевых ракетах реактивными двигателями являются различные типы воздушно-реактивных и турбореактивных двигателей, которые могут работать только в атмосфере. Для целей запуска ИСЗ и межпланетных кораблей они могут быть использованы лишь при движении в нижних слоях атмосферы. Для осуществления полетов в верхних слоях атмосферы они неприемлемы, поэтому мы их рассматривать не будем и перейдем к краткому ознакомлению с ракетными двигателями, которые призваны совершить переворот в реактивной технике. Они еще не созданы, но могут быть созданы в самое ближайшее время. Безусловно, наиболее выгодным двигателем для полета в космическое пространство явится двигатель, использующий атомную энергию.