Giriş: Verimli Propulsion için Quest

Uzay araştırmaları her zaman teknoloji ve mühendisliğin sınırlarını zorlamak zorunda kaldı. Anahtar zorluklarından biri, uzayın ve Dünya atmosferinin vakumlarında etkili bir şekilde çalışabilmesi için verimli bir tahrik sistemleri geliştiriyordu.Kaynak parçaları arasında, ramjet motorları).Bu makaledeki potansiyel avantajların, gelecekteki uzaysal avantajların nasıl şekillendirileceğini, potansiyel hızların ve uzaysal erişim yollarının nasıl ortaya çıktığını gösteren eşsiz bir kombinasyon sunuyor.

Ramjets Nedir?

Bir ramjet, geleneksel turbojet veya turbo, bir ramjet hasırıkıtın aksine, ana akış yolundaki ilerlemeye dayanan jet motorudur.Bu basitlik hem en büyük güç hem de anahtar sınırlamasıdır. "ramjet" terimi “ramjet” etkisinden kaynaklanır - yüksek hızlı hava zorlanır veya aparlanır, satın alınır, ya da alınır.

Ramjets genellikle scramjets ile karıştırılır (Fırsonik yanmalı ramjets). Hava akımının motoru aracılığıyla hava akımının hızında yatıyor: geleneksel bir ramjet, gelen hava yakıt enjekte edilmeden önce subsonik hızlara yavaşlanır ve yakılır; bir scramjetde, hava akışı yanma işlemi boyunca süpersonik kalır.

Ramjet Development Kısa Tarihi

“Röpektçeler ilk 20. yüzyılın başlarında tekrarlanırlar.1915'te Fransız mucit René Lorin, V-1'de uçan bombalar için bir tasarım hazırladı.

Ramjets Nasıl Çalışıyor?

Bir ramjet operasyonunu anlamak, hava akışının adım adım adım adım atmasını gerektirir. Süreç dört ana aşamaya ayrılabilir:

  1. [FONT:0) Hava Gir ve Kombinasyon: [Dönetici: [Dönetici:0) Hava Girme ve Kombine:[Dönetici:0) Aracın yüksek hızda hıza hızlanır (tipik olarak Mach 2'nin üzerinde çalışır, ancak verimli bir işlem genellikle Mach 3'e kadar hava basıncı artırmak için, Mach numarası ve inlet tasarımına bağlı olarak, 10 ila 30'a kadar hava basıncı artırabilir.
  2. [FONT:0]Fuel Enjeksiyon ve Mix: [Dönderinci Bölüm sonunda yakıt - genellikle kerosen-grad Hidrokarbon veya bazı tasarımları, hidrojen - yüksek basınçlı hava akışına enjekte edilir.
  3. [FONT:0]Combustion: [Dönetici: [Dönüşük: 0,3] Yakıt hava karışımı, yüksek sıcaklık nedeniyle ısınmış (veya otomatik-sıcaklar) ve sürekli olarak yakılır. Yanan odası, altonik akışı korumak ve tamamen yanmak için tasarlanmıştır.
  4. [FONT:0]Eğle tükenen yok:[Döntgen: 0) Sıcak, yüksek basınçlı gazlar daha sonra yakın bir nozul ile genişletilir, çıkışları olarak süpersonik hızlara hızlanırlar. Sonuç itki Newton'un üçüncü yasasına göre üretilir.

Çünkü hareketli parçalar yoktur, sıkıştırma oranı aracın hızının ve uzay gemisinin geometrisine entegre edilmesidir. Bu, bir ramjet statik itme üretemeyeceği anlamına gelir; bir roket güçlendirme sistemi veya turbojet motoru gibi işletme hızına hızlanması gerekir.Bu sınırlama, ramjetlerin uzay aracı tahrik sistemlerine entegre edildiği önemli bir faktördür.

Ramjet Performansı Metriks

Bir ramjet performansı belirli bir dürtü tarafından ölçülmektedir ([Dönetici:0)Isp[Dörtüncü)[Dörtüncü)) ve Mach, yüksek çözünürlükte maksimum hıza kadar yüksek çözünürlükte, çünkü ramjetler genellikle kendi oksitleyicisini taşımak yerine atmosferde oksijen kullanır.

Uzayda Ramjets'in Avantajları

Sınırlarına rağmen, ramjets uzayla ilgili uygulamalar için birkaç çekici avantaj sunuyor. Bu avantajlar, bir fırlatma aracının veya hipersonik bir seyir aracının genel sistemini göz önünde bulundurarak özellikle ilgili hale geliyor.

  • [FONT:0) Yüksek Hızlı Verimlilik: [Dönetici: [Dönetici:0] Ramjetler, süpersonik hızlarda en verimlidir (Mach 2 to Mach 5). Bir uzaydan hızlanan bir uzay aracı için, bir ramjet, uçuş atmosferinde bir roket motorundan daha yüksek bir etkiye sahiptir.
  • [FONT:0]Siksi ve Reliability:[Dönetici: 0,0) Geri dönen makine yokluğu (no kompresör, hiçbir türbin) mekanik karmaşıklığı, potansiyel başarısızlık noktaları ve bakım gereksinimleri azaltır. Daha az hareketli parçalar da motor kendisi için daha düşük üretim maliyetleri anlamına gelir.
  • [FONT:0]Işık ağırlık Tasarımı: [Döntgen:[Döncü: 0,3]) ] Çünkü ağır kompresörler veya türbinler yoktur, motor yapısı nispeten hafif olabilir. Yüksek sıcaklık malzemeleri hala ssper ve nozul için gereklidir, ancak genel motor ağırlığı benzer bir itkiden daha düşük olabilir.
  • [FONT=0)O oksiter-Free Operasyon: [Dönetici: [Düzücü motorlar gibi, ramjets atmosferden oksijen kullanıyor. Daha az oksiter (veya hiçbir şey hava-breathing aşamasında) en büyük araç kütlesini başlatmada önemli ölçüde azaltır. Bu, hava-breathing propulsionnin neden ilk aşama veya daha yüksek çözünürlük uygulamaları için çok çekici olduğunu.
  • [FONT:0) Reusable Start Systems içinPotential for Reusable Start Systems:) Komplikeli devir modlarını içeren birleşik döngü motorları tamamen yeniden kullanılabilir bir başlangıç araçları için incelenir.Sabalık sırasında hava-breathing propulsion kullanarak, araç yakıtlı kütleyi azaltabilir ve potansiyel olarak bir uçakla yüz yüzen.

Sınırlamalar ve Zorluklar

Tüm avantajları için, ramjets, uygulamalarını öncelikle füzelere ve yüksek hızlı uçaklara kısıtlayan temel kısıtlamalarla karşı karşıyadır.

  • [FONT=0)Speed Range: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN: 0,0) Hızlandırılmış: [DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜ
  • [FONT:0)Altitude Constraints:[Dönetici:[Dönetici: 0,8] Çünkü ramjetler atmosferik havaya güveniyor ve uzaydaki performansın hızla düşmesine neden oluyor.
  • [FONT:0] ⁇ ve Yapısal Challenges:[Dönetici: [Dönetici:0] Yanma odasında yüksek sıcaklıklar (2000 °C'yi aş) gelişmiş soğutma teknikleri gerektirir.Inlet ve burun kone ayrıca aşırı aerodinamik ısıtma, özellikle de seramik matrisler ve aktif soğutma sistemleri gibi hızlarda, karmaşık ve maliyet ekliyor.
  • [FONT:0) Diğer Propulsion ile ilgili olarak: Uzay görevleri için, bir ramjet doğru yüksek çözünürlükte ve sayıda sorunsuz bir şekilde gerçekleşmelidir.
  • [FONT:0]Combustion Instability: [Dönetici: [Dönetici: 1) Yüksek hızlarda özellikle de ramjet ve scramjet modları arasındaki geçiş bölgesinde, yanma dengesiz olabilir. Alev holding, yakıt hava karıştırması ve şok edici etkileşimleri tüm mevcut önemli mühendislik zorlukları.

Ramjets vs. Rockets: Karşılaştırmalı Bir manzara

Uzaylı propulsion'deki ramjetlerin rolünü anlamak için, onları doğrudan uzay lansmanıyla karşılaştırmak yardımcı olur: roket motoru.Bir roketin kullanımı hem yakıt hem de oksiter (tipik olarak sıvı oksijen ve sıvı hidrojen, ya da sağlam bir pervanant kombinasyonu) Bu, bir roketin ağırlığını zeminden çıkarmak zorundadır.

Buna karşılık, bir ramjet gibi bir hava-breathing motoru, çok daha yüksek bir dürtüden yararlanır çünkü o oksiter (havadan gelen oksiter) ücretsiz olarak çalışır.Bir ay boyunca bir Isp yaklaşık 1000 saniyeye kadar Mach 4'te, bir hidrojen /oxygen roketi, atmosferde yaklaşık 450 saniyeye kadar bir Isp'e sahiptir.

Bir fırlatma aracına bir ramjet dahil etmenin net faydası en belirgindir. [FONTD:0]horizontal takeoff ve iniş kavramları) veya forASIFLT:2) iki aşamalı-o-veyabit (TSTO)[D)[Dönetici:0) Bu, ilk aşamanın temele geri dönen bir kruvazöpektif yolcusu olduğunu tasarlar.

Hipersonik Uçuş ve Füze Uygulamaları

Gelecekteki uzay aracı uygulamalarını keşfetmeden önce, ramjets'in hipersonik füzelerde en kapsamlı kullanımlarını gördüğü dikkat önemlidir.TheurP-800 OniksT:4Kh-31) ABD'de, diğer örneklerdir.

Füze ramjetleri için geliştirilen teknoloji - yüksek sıcaklık malzemeleri, termal yönetim ve yakıt enjeksiyon sistemleri gibi - doğrudan uzay aracı tahrikli. Füze ramjets, aynı zamanda potansiyel ilk aşama hava-breathing fırlatma aracı olarak da çalışır. Bu nedenle, taktik hipersonik silahlar ve yörünge fırlatma araçları arasındaki boşluklar mevcut olduğu gibi büyük değildir.

Kombine Motorlar: Orbita Köprüsü

Uzaylı tahrikli motorlar için en iyi bilinen yol, arsa (Synergistic Air-Breath Rocket Engine)[Dörtücük)[Dönüşük motorlar[Dönkümemeler) ile birlikte gelişmiştir.

Bir saf ramjet kombine-dönüş motoru bu şekilde görünebilir: araç roket destekleyicileri veya turbojet kullanmaya devam ederse, bu noktada, Mach 2-3'e kadar yüksek verimli bir tahrik sağlar.X-43ABoeing’in X-51A Waves’i güvenilir bir şekilde gösteren diski güvenilir bir şekilde genişletir.

Anahtar Kombine-Cycle Programları

Uzay Keşifleri'ndeki Ramjetlerin Geleceği

Önümüzdeki gibi, ramjets, yeni bir nesilde kritik bir bileşen haline gelebilir:0) Uzaylı basitleştirilmiş fırlatma araçları) ve [[Dönetici noktası:2)hypersonel nokta-to-köprü[Dönetici)[Dönetici-veyabit) uzay uçağını basitleştirmek için bir rüya olabilir ve Rize motorlar sonunda bunu mümkün kılar.

Başka bir yükselen uygulama, güneş için ramjets kullanımıdır:0)Mars veya Venüs atmosferik bir uçuş[Dönetici 1:1) Mars'ta, atmosferin ince olduğu yerde (Dünya'nın yaklaşık% 1'i), ramjets'i yeterince yüksek irtifaya teşvik etmek için çok yüksek hızlar gerektirecektir, ancak bazı kavramlar bir elektrik tahrik sistemi için bir güç kaynağı olarak bir elektrik tahrik sistemi (hava-kolektif iyon motoru) önerecektir.

Son olarak, devam eden GÜNÜ:0)kommerik uzay yarışı) ve daha düşük fırlatma maliyetleri için zorlama hava-boğazlama motorlarına yenilenen ilgiyi azaltmaktadır. ancak, devam eden hipersonik yolcu veya araç için geçerli olan görevler için, sadece kısmi olarak yük devre dışı bırakılmış, ancak Starship’in yüksek iten-çi oranı ve tam reusability, hava-breathing motorlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırmaktadır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Ramjets, yüksek hızlı bir atmosfer tahrikini ilerleten önemli bir rol oynamıştır ve uzaysal fırlatma sistemleri için yeni fikirler ilham vermeye devam ediyorlar. Basitlik, yüksek spesifik dürtü ve birlikteleştirilmiş tasarımlarla uyumluluk onları, özellikle de bir sonraki yeniden kullanılabilir fırlatma araçları için doğal bir uygun hale getirirken, özellikle de termal yönetimde, mod geçiş ve yükseklik sınırlarında - devam eden araştırma ve uçuş testleri sürekli olarak boşlukları kapatıyor.