header sterren

Totaal bezoekers:
Totaal pagevieuws:
Online bezoekers:
 
 
 
   


 maak van deze website uw startpagina !

WorldwideBase
Alle wwbase pagina's

 

Raketmotor

 
   
Is een motor die zijn stuwkracht ontleent aan de reactiekracht van uitgestoten stuwstoffen. In tegenstelling tot de straalmotor heeft de raketmotor, voordat hij in werking wordt gesteld, alle stuwstoffen bij zich. Hierdoor kan hij onafhankelijk van de (aardse) dampkring werken. Doordat raketmotoren zeer duur in gebruik zijn, worden ze uitsluitend dr toegepast waar andere aandrijfmiddelen niet praktisch of mogelijk zijn, zoals voor het bereiken van zeer grote snelheden, zeer grote hoogten of combinaties hiervan.

1. Typen
De nucleaire raketmotoren ontlenen hun energie aan nucleaire processen (kernreactor of radionuclide). Bij de elektrische raketmotoren wordt een elektrisch geladen stuwstof door een elektrisch veld versneld, waardoor aldus een stuwkracht wordt opgewekt, f waarbij een stuwstof elektrisch verhit wordt (bijv. vlamboog) en door thermische expansie wordt versneld. De chemische raketmotoren ontlenen hun energie aan een chemische reactie (verbranding). Nucleaire motoren worden nog niet op grote schaal toegepast, elektrische motoren hebben succesvol op enkele satellieten gevlogen ten behoeve van de standregeling, en lijken toepassing voor interplanetaire ruimtevluchten te kunnen hebben, aangezien ze jaren achtereen kunnen werken; hun stuwkracht is echter zeer laag, minder dan 100 N.
1.1 Chemische raketmotoren
Deze worden verreweg het meest toegepast. Zij hebben in het algemeen een werkingsduur liggend tussen enkele seconden en een tiental minuten. Hierbij kunnen zeer hoge stuwkrachten worden opgewekt, meer dan 107 N.
Bij de vloeibare-stuwstofmotor zijn de stuwstoffen gewoonlijk in afzonderlijke tanks opgeslagen. Zij worden door turbopompen in de verbrandingskamer ingespoten. De brandstof koelt hierbij gewoonlijk de inspuitplaat, verbrandingskamer en straalpijp. De daarbij opgenomen thermische energie wordt gebruikt om de turbopompen aan te drijven. Bij motoren voor zeer hoge prestaties, zoals bij de Space Shuttle-hoofdmotoren, worden voor-verbrandingskamers toegepast. Hierin reageert een gedeelte van de oxidator (zuurstofdrager) met de brandstof. Deze verbrandingsproducten drijven de turbopompen aan om daarna in de hoofdverbrandingskamer met de rest van de oxidator te verbranden. In de straalpijp expanderen de verbrandingsgassen, waarbij ze een zeer hoge snelheid krijgen en de stuwkracht als reactiekracht wordt opgewekt. Vloeibare-stuwstofraketmotoren zijn vaak kantelbaar opgehangen om besturing mogelijk te maken. Typische problemen bij vloeibare-stuwstofmotoren zijn hoog- en laagfrequente instabiele verbranding (screaming en motorboating) en een (laagfrequente) koppeling tussen de eigen frequenties van het stuwstofvoedingssysteem en de verbrandingsdruk. Ook om klotsen van de stuwstoffen in de tanks tegen te gaan moeten speciale maatregelen worden genomen.
Bij vaste-stuwstofmotoren is de stuwstof zodanig in de verbrandingskamer opgeslagen dat de wanden koel blijven. Door een geschikte vormgeving van de stuwstofpil kan het gewenste stuwkracht-tijdverloop worden verkregen (stuwkrachtsprogrammering). Door kanteling van de straalpijp of injectie van gas of vloeistof in de straalpijp kan de richting van de stuwkracht worden gevarieerd (stuwkrachtsvectorregeling); door het meer of minder ver inschuiven van een conische pen in de keel van de straalpijp wordt de keeldoorsnede van de straalpijp gevarieerd, en daarmee de grootte van de stuwkracht (stuwkrachtsgrootteregeling). Een vaste-stuwstofmotor kan eventueel worden gestopt door poorten te openen of door de straalpijp af te werpen, zodat de kamerdruk zeer snel wegvalt en de stuwstof dooft. Typische problemen bij vaste stuwstofmotoren zijn instabiele verbranding, waarbij de druk in de motor sterk fluctueert, en veroudering van de stuwstoffen, waarbij de mechanische eigenschappen verminderen en/of glyceroltrinitraat migreert.
Hybride stuwstofraketmotoren, die gewoonlijk een vaste brandstof en een vloeibare of gasvormige oxidator gebruiken, hebben nauwelijks toepassing gevonden. Hun prestaties liggen tussen die van de vaste- en de vloeibare-stuwstofmotoren. Door de oxidator massastroom te variren, kan de grootte van de stuwkracht worden geregeld.

2. Stuwkracht
De stuwkracht F, die een raketmotor ontwikkelt, is recht evenredig met de per tijdseenheid uitgestoten massa, en met de effectieve snelheid veff, waarmee de uitgestoten massa de straalpijp verlaat: F = mveff. De snelheidsverhoging die een raket (in vacum zonder zwaartekracht) krijgt, is eveneens recht evenredig met de effectieve uitstroomsnelheid, en tevens met de logaritme van de verhouding van de beginmassa M0 en eindmassa Me van de raket (formule van Tsjolkowski): Dv = veff ln (M0Me). Vandaar dat een zo hoog mogelijke uitstroomsnelheid gewenst is. Als maat voor de kwaliteit van een stuwstofcombinatie wordt algemeen de hoeveelheid aan de raket geleverde impuls per massaeenheid verbruikte stuwstof genomen. Deze grootheid heet de specifieke impuls en is experimenteel direct uit een statische beproeving te bepalen. Bij constante stuwkracht vindt men Isp = veff/g0 (g0 is de versnelling van de vrije val op zeeniveau), zodat de specifieke impuls gekoppeld is aan de effectieve uitstroomsnelheid en dientengevolge een directe maat is voor de raketprestaties als zodanig. Voor moderne vloeibare-stuwstofcombinaties kan Isp = 440 s worden bereikt, voor vaste stuwstoffen kan Isp =270 s worden bereikt. Bij elektrische motoren, waar de verhouding tussen begin- en eindmassa van de raket zr laag is, kan Isp = 8000 s of meer bedragen.
 
   

Footer worldwidebase



uw eigen startpagina


copyright WorldwideBase 2005-2009