На стартовой позиции - [9]
А у автомобиля, тепловоза или, скажем… человека? — спросит читатель. Ответ прост. Они гоже, при своем движении отбрасывают «порцию» массы. Но этой порцией является масса… Земли. Принцип движения здесь тоже реактивный. Только одно… но. Суммарная масса всех средств и существ, движущихся по Земле, ничтожна, несоизмеримо мала по сравнению с массой Земли. Поэтому она и «не движется» в обратном направлении, подобно «порции» водуха или воды.
Во всех рассмотренных случаях есть одна немаловажная деталь. А именно — движение осуществляется за счет силы двигателя или мускульной энергии, но реакция на отбрасываемую массу передается через движитель (колесо, винт и т. д.). Это характерная деталь. Запомним ее.
Ну, а как же движется ракета, за счет чего? У нее ведь нет ни колеса, ни винта…
Разберемся по порядку.
Представим себе, что камера сгорания ракетного двигателя заполнена газами под давлением и сопло ее плотно закрыто крышкой. Давление на стенки камеры и крышку одинаково. Все результирующие силы, как боковые, так и осевые, попарно взаимно компенсируются. Нет движения газов — камера сгорания на месте.
Допустим, что крышка, закрывающая сопло, мгновенно открылась. И тут же равновесие сил нарушается. Это, как видно из рисунка, происходит за счет осевых сил давления.
Газ получает свободу движения. Вследствие этого возникает результирующая сила внутреннего давления — она направлена по оси камеры влево. Это и есть не что иное, как реактивная сила. Газ вырвется наружу вправо, а возникшая реактивная сила толкнет камеру влево: подобно тому, как при выстреле под действием пороховых газов заряд дроби летит из ствола в одну сторону, а ружье — в противоположную. Правда, оно никуда не улетает. Охотник удерживает ружье и ощущает действие реактивной силы, как отдачу — легкий толчок в плечо. Образно говоря, в ракетном двигателе «выстрелы» раздаются непрерывно, а микроскопические частицы раскаленных газов вылетают из «ствола», в данном случае из сопла двигателя.
Вглядевшись в рисунок внимательней, мы найдем ответ на вопрос о движителе. Действительно движение возникает в результате прямой реакции (взаимодействия) двух тел: газа — с одной стороны и самой камеры — с другой, без каких-либо «посредников» — колеса, винта и т. д. Значит, остается только одно — сама камера сгорания одновременно является двигателем и движителем. В этом главное отличие реактивного двигателя от остальных. Он является двигателем прямой реакции.
Мы часто слышим выражения «принцип реактивного движения», «реактивная сила»; но «ракетный двигатель». В чем дело? Какая разница между определениями «реактивный» и «ракетный»?
Прежде всего запомним, что понятие «реактивный» более широкое, чем «ракетный», так как в нем отражен сам принцип движения. Класс реактивных двигателей необычайно широк. Он объединяет все двигатели прямой реакции.
Ракетные двигатели — это подкласс реактивных. Отличительной особенностью ракетного двигателя является независимость его работы от внешних условий: все компоненты топлива для его работы размещены на борту ракеты. Благодаря этому она способна двигаться в любой среде.
Итак, ракетный двигатель — это мощная тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в кинетическую энергию продуктов сгорания (газов), выбрасываемых с огромной скоростью из его сопла.
В настоящее время среди ракетных двигателей наибольшее распространение получили два вида: ЖРД — жидкостные ракетные двигатели и РДТТ — ракетные двигатели твердого топлива.
Любой двигатель состоит из целого ряда агрегатов, узлов и систем. Основной агрегат — камера сгорания. В ней в результате экзотермической реакции окисления, то есть горения, компоненты топлива превращаются в рабочее тело — продукты сгорания. При этом выделяется огромная тепловая энергия: давление в камере повышается. Оно-то и заставляет продукты сгорания, ускоряясь по длине камеры, и особенно сопла, выбрасываться наружу с большой скоростью. Чем выше скорость истечения продуктов сгорания у среза сопла, тем лучше. А для ракеты, как нам известно, это особенно важно. Поэтому камера сгорания и сопло выполняются определенной формы для того, чтобы у среза сопла газы имели максимально возможную скорость. Наука, занимающаяся изучением движения продуктов сгорания в камере ракетного двигателя, называется термодинамикой. Настоящему ракетчику необходимо овладеть основами этой науки.
У жидкостного ракетного двигателя немаловажной составной частью является система подачи топлива. Ее назначение состоит в том, чтобы обеспечивать подачу компонентов топлива в камеру сгорания в необходимой пропорции и под определенным давлением.
В двигатель входят также трубопроводы, дозирующие устройства, различного рода датчики, клапаны, элементы автоматического регулирования работы двигателя, системы заправки, слива топлива, запуска и выключения двигателя. Поэтому применительно к ЖРД правильнее его называть не двигателем, а двигательной установкой.
С устройством и работой наиболее распространенных ракетных двигателей мы познакомимся ниже.
