Raketmotor
Från Rilpedia
En raketmotor är en motor som bland annat används för att driva fram rymdfarkoster. Raketmotorer är en typ av Jetmotor och baseras teoretiskt sett på mekanikens tredje lag om att varje kraft har en likvärdig motkraft.
Klassiska raketmotorer tar reaktionsmassan från en eller flera behållare och genererar en stråle som rör sig med överljudsfart. På grund av kraften som strålen genererar så rör sig raketen åt motsatt håll mot strålen.
Innehåll |
Raketmotorvarianter
Det finns flera olika typer av raketmotorer, den kanske mest kända varianten är den kemiska raketmotorn.
Varianter av raketmotorer
- Kemisk framdrivning
- Fysisk framdrivning
- Elektrisk framdrivning
- Soldrivning
- Strålframdrivning
- Nukleär framdrivning
Kemiska raketmotorer
En kemisk raket består generellt av ett eller fler drivsteg och en nyttolast. Beroende på ändamål (militärt, civilt, forskning, etc.) så kan nyttolasten vara i princip vad som helst. Drivstegen är dock oftast utformade på i princip samma sätt och består av bränsle, förbränningskammare och dysa. Om raketen har fler än ett drivsteg så finns även separations och kontrollteknik mellan stegen för att få det hela att fungera.
Klassiska raketmotorer producerar gaser som har hög temperatur och som släpps ut i ena änden. Detta åstadkoms genom förbränning av ett eller flera medförda drivmedel i en brännkammare. Drivmedlen är vanligen fasta, krutraketmotor eller flytande, vätskeraketmotor. För vätskeraketmotorer kallas det ena bränsle och det andra oxidator och energi genereras när de reagerar med varandra. De mest avancerade raketmotorerna använder flytande väte som bränsle och flytande syre som oxidator.
Från brännkammaren acceleras gaserna i underljudsfart genom kompression mot den trängsta sektionen i munstycket, halsen. Därefter accelereras de supersoniskt genom expasion i munstycket. Detta är konformat eller klockformat. Expansionen sker under stort tryckfall till utloppet där hastigheter av tio gånger den lokala ljudhastigheten förekommer.
En del av raketmotorns framdrivningskraft kommer från det tryck som gaserna utövar på förbränningskammaren, men den stora huvuddelen kommer från trycket mot insidan av raketmunstycket. Inuti förbränningskammaren trycker gasen i stort sett lika hårt mot alla sidor. Vid utloppet är mottrycket mycket mindre, vilket innebär att trycket mot den motsatta sidan, framsidan, saknar motkraft och därför driver raketen framåt. När gaserna sedan expanderar i munstycket trycker de dess framväggar framåt, medan motsvarande tryck bakåt resulterar i accelerationen av utsläppsgaserna.
Man kan dela in kemiska raketer i diverse varianter, de tre vanligaste är
- Fast-bränsle-raketer, använder drivmedel i fast form, till exempel kompositkrut.
- Flytande-bränsle-raketer, använder ett eller fler ämnen i flytande form som drivmedel, till exempel flytande syre och flytande väte.
- Hybridraketer, använder ett fast och ett flytande ämne. Exempel på hybriddrivmedel är PVC och lustgas.
Bränsle
Bränslet i en raket kan skilja ganska mycket mellan olika raketer men det gemensamma är att energiinnehållet ska vara så högt som möjligt, man vill ha en hög specifik impuls.
Vanliga bränslevarianter
- Enkomponentsbränsle, endast ett material används och därmed behövs endast en bränsletank och gör därmed att dessa raketer är enklast att bygga. Vanligt med dessa bränslen är att har reaktionen (tändning) börjat så går den inte att stoppa utan det brinner tills det är slut och bränslet är ofta i fast form. Boosterraketer (starthjälp) är ofta av den här typen. Exempel på enkomponentsbränslen är Hydrazin, kall kvävgas, vatten under tryck (flaskraket), krut, med flera.
- Flerkomponentsbränsle, oftast tvåkomponentsbränsle, är när två eller fler ämnen blandas i en förbränningskammare. Detta kräver fler bränsletankar, en speciell förbränningskammare och teknik för styrning av bränsleförloppet. Detta gör raketen mycket svårare att bygga men man får fördelen att man kan reglera förbränningen och även möjligheten att stänga av raketen efter den startats. Detta gör även att bränslet måste vara flytande eller i gasform (det ena åtminstone, i hybridraketer används ett fast och ett flytande bränsle). Exempel på flerkomponentsbränslen är UDMH + N2O4, MMH + N2O4, Fotogen + O2, H2 + O2, med flera.
Förbränningskammare
I förbränningskammaren sker förbränningen av bränslet. Om bränslet är fast, krut till exempel, så är förbränningskammare och bränsletank samma sak. I andra raketer så har man dock en speciell förbränningskammare. Kammaren är ofta klotformad, har inlopp för ett eller fler bränslekomponenter och utlopp till dysan.
Dysa
En viktig del i framdrivningen av raketer är dysan, själva utblåset. Detta är generellt utformat som en kon. Utformningen av dysan är kritisk för utkastmassans (gasernas) utströmningshastighet. Vid rätt form så får utkastmassan överljudshastighet i övergången mellan förbränningskammaren och dysan. Detta ger upphov till diverse fysikaliska effekter som gör att kraften blir större än om detta inte skulle ske. På mer avancerade raketer går det att justera dysans riktning under drift så raketen kan styras. Dysan utsätts för extrema värmevariationer och kraftiga fysiska påfrestningar vilket lett till att en hel del materialforskning bedrivs på området. Ett ofta använta material i dysans smalaste del är grafit, som har stor motståndskraft mot extrema temperaturer och erosion.
Elektriska raketmotorer
Jondrift
Med jondrift så slungas utkastmassan bakåt av ett elektriskt fält. Raketdriften är alltså inte kemisk utan elektrisk. Den stora fördelen med dessa är att effektiviteten per viktenhet bränsle är mycket hög, dock så har de mycket låg specifik impuls. Detta gör att de inte används för uppskjutning av raketer utan endast för banjusteringar och liknande för satelliter där tid inte är något problem.
Se även
Referenser
Källor
- Spacecraft Systems Engineering, ISBN 0-471-95220-6
- Geostationära Nyttosatelliter, ISBN 91-44-28021-1
