פיתוח מנועים היברידיים של טילים משלבים אדג'טים מוצקים ונוזלים עבור גמישות

מבוא

מנועי טילים היברידיים, בשילוב גרגר דלק מוצק עם חמצון נוזלי או גזי, תופסים חלל ייחודי ונופי בשפע במניעה כימית.הם לא מוצקים פשוטים, גבוהים יותר בשימוש במגירים ולא את נוזלי היעילות המורכבים, גבוה ויעילים בשימוש בשלבים העיקריים של פיזיקה הנדסית מציעה תערובת אסטרטגית של מאפיינים תפעוליים: בטיחות פיזית של הפרדה בין oxidi, ו-reperativelyeratives, ו-reativeing יכולות מסחר אלקטרוניות.

אדריכלות ופיזיקה של

התצורה ההיברידית הבסיסית היא פשוטה מבחינה קונספטואלית: כלי לחץ מכיל את גרגר הדלק המוצק, בעוד החמצן מאוחסן בנפרד בתוך מיכל ונמסר דרך צלחת אינסטלטור בקצה הקדמי של תא ההבעירה.העדר חלקים נעים בתוך תא ההבעירה עצמו הוא יתרון ראשוני, אבל המיזוג הנובע הם דינמיקות מורכבות ונובעיתות שונה לחלוטין מקטות מוצקות או נוזליות.

אספקת דלק מוצקה ו-Oxidizer

גרגרי דלק סולידריות בדרך כלל מסומנים באמצעות כבל פולימרי כגון הידרוקסיל-טווח כבד פוליאבלדין (HTPB), המספק יושרה מבנית ו-pyrolysis צפוי. Additives כמו פחמן שחור, אבקת אלומיניום, או מגנזיום יכול להיות מוטבע כדי לשפר את הדחף הדחיסות ולהפחית את יכולת החמצן (Ricicicicicicicicial) שלה, כולל את המורכבות של שטח החיסרון והשפעות האחסון הפנימי.

שם מקור: Boundary Layer Diffusion Flame

הבעירה בקטטה היברידית אינה מתרחשת כלהבה ממוזמנת מראש.במקום, החמצן זורם דרך הנמל ופוגש את פני השטח של הדלק החמים.חום מהלהבה קורנת ומתכנס לקיר, מה שגורם לדלק המוצק ל- 98% לעמוד מול הלהבות ההליקות המסומית של ה-Ficolicials, אשר בדרך כלל ממזגת את ה-Squaremexicows-Ficrecereceremecremecrecerecereceremecrecereme.

יתרונות אסטרטגיים במערכות אמנות

הטופולוגיה ההיברידית מספקת מערך של יתרונות שקשה או בלתי אפשרי להשיג עם מערכות מוצקות או נוזליות טהורות.יתרונות אלה נובעים ישירות מההפרדה הפיזית של השלבים המניעים והטבע של הלהבה התפוצצת.

בטיחות וקישוריות

היתרון המצוטט לעתים קרובות ביותר של רקטות היברידיות הוא בטיחות.במנוע טילים מוצק, הדלק והחמצן מעורבים באופן אינטימי בכל הדגנים, יצירת מכשיר נפץ מונוליטי.ייצור, תחבורה, ואחסון גדול מאיץ כולל סיכונים משמעותיים.בפרוטוקול היברידי, החמצן נשמר בנפרד.

Throttleability and Thrust Termination

בניגוד לטילים מוצקים, אשר נשרף על פי גיאומטריה דגנים קבוע ולא ניתן לנפץ, רקטות היברידיות מאפשרות שליטה ישירה על ידי regulating את קצב זרימת ההמונים של חמצון. a פשוט שסתום שינוי במעלה הזרם מתורגם לשינוי פרופורציונלי בלחץ התאי ודחף.יחסי Throttle של 10:1 או גבוה יותר הם achievable, יכולת קריטית עבור משימות נחיתה פלנטרית שבו ניהול מהירות מדויק נדרש, יתר על ידי רצף קצר יותר, הוא יכול להיות מכווץ בקלות, ולהפחית את הגמישות רבה יותר, ולהפחית את הגמישות רבה יותר, וחדשה מחדש של זמן קצר יותר, כלומר, כלומר, הוא קצר יותר, 000.

יעילות כלכלית בייצור

ייצור מנוע טילים היברידי דורש פחות מרכיבים בעלי יכולת גבוהה מאשר מנוע נוזלי.העיצוב הזרקור יכול להיות פשוט יותר, ואת גרגר הדלק ניתן לקחת לתוך חתיכה יחידה תא אחד ללא שילוב מורכב וריפוי הנדרש עבור מדחפים מוצקים מורכבים. חיסול של מדחף רעיל כמו hydrazine עוד יותר להפחית את המתקן ואת עלויות הטיפול. עבור יצרני רכב קטן להפעיל רקטות, זה מתורגם כדי להפחית את עלויות הייצור איטי יותר, 000.

אתגרים הנדסיים קריטיים

למרות היתרונות האלה, רקטות היברידיות מתמודדות עם מכשולים טכניים מחוסנים היטב כי היסטורית הגבילו את האימוץ שלהם. אתגרים אלה נובעים מתהליך ההבעירה של הלהבה התפוצצת הבסיסית ואת הפיזיקה של תוקפנות דלק מוצק.

הגבלת מחירים

קצב התוקפנות של הדלק, המהירות שבה פני השטח של הדלק המוצק נשרפים פנימה לעבר המקרה, הוא צוואר בקבוק ביצועים ראשוני עבור דלקים היברידיים קלאסיים כמו HTPB. שיעור התוקפנות נשלט על ידי העברת חום אחיד מן שכבת הגבול להבה אל פני השטח. זה גלימה חום הוא במידה מסוימת עבור מסה חמצון דרך הנמל.

אוקסידיצר-to-Fuel Ratio Shifting

בעיה מתמשכת בטילים היברידיים היא הווריאציות של יחס oxidizer-to-דלק (O / F) במהלך שריפה. כמו שריפת גרגר דלק, אזור הנמל עולה.מכיוון שקצב הזרמת המוניות של חמצון מוחזק בדרך כלל קבוע (או מבוקר), מערכת oxidizer המסה על ידי ה- OLCS באופן קבוע ירידה כמו הנמלים רחב.

חוסר יכולת

רקטות היברידיות הן רגישות למצבים שונים של חוסר יציבות של הבעירה, במיוחד צ'וגים נמוכים וצורות אקוסטיות בינוניות- ⁇ . צ'וגינג עולה מהפיכה בין הדינמיקה של מערכת ההזנה לבין הלחץ התאי. כי שסתום החמצמיך והזרקות יש פוטנציאל משמעותי בדלקתיים, הפרעות בלחץ תאי יכול לחלחל את קצב הזרימה החמצן, המוביל לתנודות גבוהות של לחץ איטיים אלה.

פריצות דרך טכנולוגיות וחדשנות חומרית

מאמצי מחקר ופיתוח אחרונים יצרו התקדמות משמעותית, אשר מתגברת על רבים מההתקפיות המסורתיות של טילים היברידיים.מרכז החדשנות הזה על פורמולת דלק וייצור מתקדם.

דלקים: הפרפרפין פורץ דרך

הפיתוח של דלק מוצק מכסה, בעיקר צינורות צמחי שעווה מבוסס שעווה, הוא אחד ההתקדמות הטרנספורמציה ביותר של טילים היברידיים. כאשר כוויות דלק פרפין, החום מן הלהבה ממיס שכבה דקה על פני השטח של דגנים נוזל זה הוא הידרודינמיון לא יציב עקב זרימת גז גבוהה העובר על פני השטח של זה הוא דחף מסיבי של חמש פעמים נוזל דחף לתוך נפח גדול של דלק זה הוא דחף נוזל גדול יותר נוזל נוזל לתוך נפח של נוזל 000.

ייצור תוספתי עבור גרינס מורכבים

ייצור אדקטיבית, או הדפסה תלת מימדית, פתח אפשרויות חדשות עבור גאומטריה דגנים. טכניקות ליהוק מסורתיות מוגבלות לצורות פשוטות. 3D הדפסה מאפשר ייצור של נמלים סטריליים מורכבים, ערוצי הלילית, ודגנים מקטעי חילוף משתנים שיכולים להתאים את שדה זרימת החמצן ושריפת שטח פני השטח על פני אורך המנוע.

מכשירים מתקדמים ומיזוג

שיפור היעילות התערובת בין החמצן לבין אדים הדלק הוא מוקד עיקרי של המחקר הנוכחי. rtex injectors, אשר מזרקת חמצון זוכי באופן חד משמעי כדי ליצור זרימה מתפתל בתוך תא הבעירה, משפר באופן משמעותי את העברת חום convective לדגנים דלק להגדיל את זמן המגורים, שיפור יעילות הבעירה או ערבוב baffles בתוך השכבה יכול גם לערבב את הגבול היברידית, בדרך כלל יותר טוב יותר, עם יעילות הדבקה הקשורה.

תוכניות תפעוליות ויישומים בתעשייה

טכנולוגיית טילים היברידית עברה מעבר למעבדה ולמערכות טיסה מבצעיות על פני מגזרים מסחריים וממשלתיים.

מערכות מסחריות ו- Orbital

הרקטות ההיברידיות הבולטות ביותר הן המנועים שנבנו על ידי סיירה חלל (לשעבר חלק מ- Scaled Composites) עבור החללית של וירג'ין גלקטיק שיפ 2.מערכת זו משתמשת מנוע היברידי גדול HTPB / N2O שנבחר במיוחד לבטיחות שלה, יכולת של לוחמה בפלילים, והיכולת מחדש של הפעלת מחדש של חברות אבטחה מוצקות היא חיונית עבור מטוס תת-אווירי צוות.

ממשלה ומחקר אקדמי

נאס"א שמרה על עניין מתמשך בהנעה היברידית במשך עשרות שנים.מרכז המחקר Ames ואוניברסיטת סטנפורד ערכו מחקר בסיסי על אספקת דלקים וניתוח יציבות.מרכז התעופה החלל מרשל חקר מנועים היברידיים לשימוש פוטנציאלי בארצם פלנטריים וכלי רכב ריכוזיים. במגזר האקדמי, אוניברסיטאות כמו Purdue, Poly, ו-MIT מפעילים מעבדות טילים היברידיות פעיל, לעתים קרובות גובה וגבוה עם רשומות ניסיוניות של מהנדסים ניסיוניים, כמו מהנדסים קריטיים של שיטות הכשרה.

שיקולים סביבתיים וקיימות

ההשפעה הסביבתית של הנעה של טילים היא פרמטר עיצוב חשוב יותר ויותר. רקטות היברידיות מציעות יתרונות נפרדים באזור זה. מוצק מנועים לייצר תרכובות מבוססות כלורין מ- ammonium perchlorate oxidizer, אשר באופן פעיל deplete stratospheric ozone. oxidizers היברידית רבים, כגון N2O ו-H2O2O2O2, אינם מכילים כלור העיקרי שלהם, לעומת מוצרי COF.

תוצאות חיפוש > Scalability and Mission Applications

המסלול של ההנעה ההיברידית מצביע על יכולת רחבה יותר וכדאיות המשימה הרחבה יותר.מהנדסים הם באופן פעיל מקיפים את ההיברידיות של דלק נוזלי לרמות דחף גבוהות יותר עבור מנועים מסוגה (היכולות הטבורות של היברידיות הופכת אותם למועמד מוביל להזדקנות של פני הירח ומאדים, שבו התאמת מהירות מדויקת נדרשת ללא הסיכון של משימות קשות או התפוצצות הקשורות עם היפרגלילידיים (כזויים) לאחר מכן, ככל הנראה, החל מטווח רחב של מעבר לעצימה (MA) לכדי יכולת בקרה חזקה, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, החל מטווח מוגבל של דלק מוגברת, לאחר מכן, החל מטווח מוגבל לעצימה, כמו גם על פני השטח).