موتور موشک

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو
آزمایش موتور RS-۶۸ در مرکز فضایی استنیس ناسا. دلیل نیمه شفاف بودن خروجی این موتور این است که اکثر خروجی آن فقط بخار فوق گرم (Superheat) به اضافه مقداری هیدروژن نسوخته‌است.

موتور موشک (به انگلیسی: Rocket engine) از پیشران موشک به عنوان جرم واکنش برای ایجاد جت پرسرعت سیال پیشران استفاده می‌کند که معمولاً این سیال خروجی گازهای داغ می‌باشد.[۱] موتورهای موشک، موتورهای واکنشی هستند که مطابق با قانون سوم نیوتن، نیروی پیشرانه تولید می‌کنند. معمولاً وسایلی که از موتور موشک استفاده می‌کنند، «موشک» خوانده می‌شوند.[۱]

موتور موشک وایکینگ که بر روی موشک‌های Ariane 1 تا Ariane 4 استفاده شده‌است.

در مقایسه با سایر موتورهای جت، موتورهای موشک سبک‌ترین و دارای بیشترین نیروی پیشرانه هستند ولی راندمان مصرف پیشران آنها کمترین می‌باشد. (موتورهای موشک کمترین میزان تکانه مخصوص را دارند)

مطابق با اثر اوبرت (Oberth effect)، راندمان موتورهای موشک با افزایش سرعت افزایش می‌یابد.[۲]

تاریخچه[ویرایش]

استفاده از موشک‌ها فقط به ارتش و جنگ ختم نمی‌شود، بلکه از آن برای ارسال ماهواره یا سفینه‌های فضایی و مکتشف نیز استفاده می‌گردد. اولین مورد استفاده نظامی از موشک یا موشک مربوط به قرن سیزدهم و در چین بوده‌است. در این هنگام چینی‌ها از سلاح‌هائی به نام «تیرهای آتش» برای محاصره و سقوط «قلعه کیفینگ» استفاده کردند.[نیازمند منبع] این تیرها در حقیقت موشک‌های سوخت جامد (باروت تفنگ) بودند. ایده طرح و ساخت موشک‌ها از آن زمان به بعد مورد توجه قرار گرفت. به‌طوری‌که امروزه موشک‌های سوخت مایع نیز ساخته شده و تکامل بسیاری یافته‌اند.

سیر تحولی رشد[ویرایش]

در سال ۱۲۸۵ موشک‌ها در «کولوگن» اروپا مورد استفاده قرار گرفتند و از آن تاریخ تا به حال به عنوان یک اسلحه مورد توجه می‌باشند. از میان جنگ‌های معروفی که در آن‌ها از موشک به عنوان اسلحه استفاده شد، می‌توان جنگ‌های «سرنیگاپاتا» در هند و در سالهای ۱۷۲۲ و ۱۷۹۹ جنگ‌های «بولوگن»، در سال ۱۸۰۶ جنگ «دانزیگ» و جنگ «کپنهاگ» در ۱۸۰۷ و همچنین حمله انگلیس در «فورت مک هنری» را نام برد.

در طی جنگ جهانی دوم، چند کشور از جمله ایالات متحده آمریکا با موفقیت از مقرهای پرتاپ چند موشکه استفاده کردند. موشک‌هائی که در جنگ «استالینگراد» توسط شوروی بکار گرفته شدند، در طی جنگ دوم جهانی توسط آمریکا در اختیار شوروی قرار گرفته بودند. موشک‌های سوخت مایع در ایالات متحده توسط پروفسور «رابرت گدارد» ساخته شده و تکامل یافتند. گادارد چندین سال سعی کرد تا ایده‌های خود را به دولت آمریکا بقبولاند و وسایل مورد نیاز خود را تهیه کرد. گدارد و «چارلز لیندبرگ» بالاخره توانستند تعدادی موشک سوخت مایع که با بنزین و اکسیژن مایع تغذیه می‌شدند را ساخته و با موفقیت به پرواز درآورند.

تقریباً در همین زمان چند دانشمند آلمانی به رهبری «هرمان اوبرت» بر روی موتورهای سوخت مایع کار می‌کردند. «ورنر فون براون» که بعدها اسیر شده و به آمریکا منتقل شد، با این گروه همکاری می‌کرد. ون براون بعدها در آمریکا رهبری دانشمندان آمریکایی را که بر روی پروژه موشک سوخت مایع کار می‌کردند، بر عهده گرفت. در پایان جنگ جهانی دوم موشک‌های وی-۲ که توسط براون در آلمان طراحی شده بود، به سمت انگلستان پرتاپ شده و قدرت و کفایت خود را به اثبان رساندند. امروزه انواع مختلف موشک‌ها برای مقاصد گوناگون ساخته و بکار گرفته شده‌اند.

موتور موشک با سوخت مایع[ویرایش]

نمودار ساده شده یک موشک سوخت-مایع. ۱. سوخت مایع موشک. ۲. اکساینده. ۳. پمپ‌های تزریق سوخت و اکساینده. ۴. محفظه احتراق که سوخت و اکساینده در آن مخلوط و محترق می‌شوند. ۵. گازهای داغ در قسمت گلویی مختنق (Choke) می‌شوند که در کنار عوامل دیگر تعیین‌کننده رانش تولید شده می‌باشد. ۶. گازهای خروجی از موشک خارج می‌شوند.

یک موتور موشک که با سوخت مایع کار می‌کند، شامل تزریق‌کننده، اتاقک احتراق، گلوگاه و شیپور می‌باشد. بخش پشتی اتاقک انفجار یا احتراق که محل تزریق سوخت است را اینجکتور یا تزریق‌کننده می‌نامند. لایه داخلی اتاقک احتراق دارای جداری تو خالی است که گاز خنک‌کننده‌ای در آن جریان دارد. شیپور در قسمت عقب دارای شکلی همگرا بوده و ایجاد گلو می‌کند و در قسمت جلو شکلی واگرا داشته و تولید دهانه بزرگ خروجی را می‌نماید. در پشت شیپور اتاقک احتراق قرار دارد. معمول‌ترین طرح شیپور، شیپور دلاوال نام دارد. این نام از اسم دکتر «گوستاو پاتریک دلاواو» یک مهندس سوئدی بود، گرفته شده‌است.

موتور موشک با سوخت جامد[ویرایش]

یک نمودار ساده شده از موشک سوخت-جامد. ۱. یک ترکیب جامد از سوخت-اکساینده در داخل موشک قرار می‌گیرد که در مرکز آن یک سوراخ استوانه ای وجود دارد. ۲. یک مشتعل کننده سطح سوخت را مشتعل می‌کند. ۳. سوراخ مرکزی مانند یک محفظه احتراق عمل می‌کند. ۴. گازهای داغ در قسمت گلویی مختنق (Choke) می‌شوند که در کنار عوامل دیگر تعیین‌کننده رانش تولید شده می‌باشد. ۵. گازهای خروجی از موشک خارج می‌شوند.

این نوع از موشک که در مقایسه با موشک‌های سوخت مایع از ساختار ساده‌تری برخوردار است از قسمت‌های گرین سوخت، محفظه احتراق، کلاهک، باله‌ها، و نازل که همان موتور موشک است تشکیل شده سوخت جامد بر اثر سوختن تبدیل به گاز شده و در نازل دِلاوال ابتدا سرعت آن در گلوگاه نازل به سرعت صوت رسیده سپس در قسمت واگرای بعدی سرعت ان از سرعت صوت بیشتر شده و بر اساس قانون پایستگی تکانه گاز خروجی باعث پیشرانی موشک می‌شود. از موشک‌های سوخت جامد بیشتر در موشک‌های کوتاه برد یا در موشک‌های کمکی ماهواره‌ها که از موشک اصلی جدا می‌شود استفاده می‌شود.

پمپ مواد سوختی[ویرایش]

معمولاً پمپ مواد سوختی در هر موتور موشک شامل یک توربین گازی است که دو پمپ سانتریفیوژی (گریز از مرکز) که بر روی شافت (محور) همان توربین سوار است را می‌گرداند. جنس توربین گازی و لوله سفید آن از آلیاژ نیکل است که در مقابل حرارت زیاد مقاوم می‌باشد. بدنه پمپ مواد سوختی و پروانه‌های آن‌ها از آلیاژ آلومینیوم ساخته می‌شود تا از وزن آن‌ها کاسته شود. ژنراتور گاز توربوپمپ شبیه به اتاقک احتراق موتور موشک است. سوخت ژنراتور گاز معمولاً از منبع اصلی سوخت موشک تأمین می‌شود.

سیستم اشتعال در موتورهای سوخت مایع موشک سیستم اشتعال در موشک‌های سوخت مایع می‌تواند یک سیستم جرقه زنی الکتریکی یا یک سیستم هیپرگولیک باشد. در سیستم الکتریکی، سوخت و اکسیدکننده به صورت پودر به اتاقک احتراق تزریق شده و پس از مخلوط شدن توسط جرقه‌های الکتریکی مشتعل می‌شوند.

تزریق‌گرها[ویرایش]

تزریقگرها (اینجکتورها) در شکلهای مختلف طراحی شده و ساخته می‌شوند. در همه اینجکتورها سوخت و اکسیدکننده به هنگام خروج به خوبی و به‌طور کامل با هم مخلوط می‌شوند. در بعضی از اینجکتورها سوخت و اکسیدکننده پس از ورود به اتاقک با هم مخلوط می‌شوند. در این روش ذرات کوچک‌تر که همان گازهای حاصل از احتراق باشند، تولید می‌شوند. در روش دیگر، سوخت و مایع اکسیدکننده بر روی صفحاتی که در مقابل اینجکتور تعبیه شده‌اند، پاشیده می‌شوند. در این عمل سوخت و ماده اکسیدکننده با هم مخلوط شده و مشتعل می‌شوند.

مواد سوختی مایع[ویرایش]

مواد سوختی به مجموعه سوخت و ماده اکسیدکننده اطلاق می‌شود. برای موتورهای موشک سوخت مایع انواع بسیاری سوخت و اکسیدکننده وجود دارد، اما باید توجه داشت که خصوصیات این مواد با هم متفاوتند. از مواد اکسیدکننده می‌توان اکسیژن مایع، فلورین، پراکسید هیدروژن، اسید نیتریک سفید دودکننده و کلرین را نام برد. بعضی از ترکیبات سوختی بسیار آتش‌زا هستند. برای مثال اکسیدکننده فلورین در ترکیب با آمونیاک ترکیب بسیار قابل احتراقی را تولید می‌کند.

کار با مواد سوختی مایع[ویرایش]

تکنسین یا تعمیرکار موشک که مسئول مواد سوختی موشک است، باید به‌طور کامل با تکنیک‌های این موضوع آشنا باشد. وی ابتدا باید با طبیعت این مواد آشنا بوده و ترکیبات و خصوصیات هر کدام را بداند. برای مثال اکسیژن مایع همیشه در دمای کم نگهداری می‌شود و در صورت تماس با ترکیبات آلی و بافت‌های زنده بلافاصله آن‌ها را منجمد می‌کند و به همین دلیل هرگز نباید اکسیژن مایع با پوست تماس پیدا کند، زیرا در اثر تبخیر شدید و گرفتن مقدار زیادی از دمای پوست باعث صدمه زدن به آن می‌شود.

کاربرد موتورهای موشک[ویرایش]

نیروی پیشرانه در موشک‌ها توسط فشار موجود در محفظه احتراق ایجاد می‌شود. طبق قانون سوم نیوتن نیرویی مساوی و در جهت عکس گازهای خروجی به موشک وارد می‌شود که باعث شتاب گرفتن و ایجاد سرعت‌های بالا می‌شود.

موتورهای موشک در موشک‌های نظامی مانند موشک‌های هوا به هوا (ای‌ای‌ام)، زمین به هوا (اس‌ای‌ام)، هوا به زمین (ای‌اس‌ام)، زمین به زمین (اس‌اس‌ام) و غیره استفاده می‌شود. موتورهای موشک که در موشک‌های رزمی بکار می‌رود هم از نوع سوخت مایع و هم از نوع سوخت جامد می‌باشد. قدرت این موتورها بین چند صد تا چند میلیون پوند متغیر است.

موتور موشک (نازل) در همهٔ موشک‌ها اعم از سوخت مایع و جامد از نازل دِلاوال (نازل همگرا-واگرا) استفاده می‌شود این نازل از سه قسمت همگرا، دهانه، واگرا ساخته شده گازهای حاصل از سوختن سوخت با فشار بالا و دمای بالا وارد قسمت همگرا می‌شود سرعت گاز زیاد می‌شود تا جایی که در دهانه موشک سرعت ان به سرعت صوت می‌رسد در قسمت و وارد قسمت واگرا می‌شود در این قسمت به دلیل خاصیت خاص گازها در سرعت‌های بالاتر از سرعت صوت حالت تغییر سرعت بر اثر تغییر سطح مقطع برعکس شده و سرعت به جای کم شدن زیاد می‌شود بدین ترتیب سرعت گازهای خروجی به بالاتر از سرعت صوت می‌رسد.

پیوند به بیرون[ویرایش]

پیشرانش فضایی-پایگاه علوم و فناوری هوافضا[پیوند مرده]

منابع[ویرایش]

<references group="">

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ "Rocket engine". Wikipedia. 2020-01-02.
  2. Hermann Oberth (1970). "Ways to spaceflight". Translation of the German language original "Wege zur Raumschiffahrt," (1920). Tunis, Tunisia: Agence Tunisienne de Public-Relations.

موتور موشک دانشنامه رشد