航天推進系統
一、 按用途分類有兩種不同用途的航天推進系統:
1.大推力發動機:這類發動機產生的反作用加速度一般大於重力加速度。主要用途是使運載工具起飛、升高,加速至所需要的宇宙速度。這種推進系統,工作持續的時間短(幾分鐘),有的運載火箭發射時,採用助推器加速,也需要大推力發動機,其工作時間更短。
2.小推力發動機:這類發動機產生的反作用加速度一般小於重力加速度。主要用途是用作太空飛行器在空間的軌道變換、軌道校正、姿態穩定和控制、在月球和行星表面的著陸和起飛、重返大氣層和降落、以及克服失重(例如,使空間站鏇轉)等。這類發動機又稱為空間發動機,多級火箭上面級以及級間分離用的發動機,也屬於空間發動機之列。那么,空間發動機的主要特點是什麼呢:
1)大多數航天任務要求空間發動機有多次起動,這是與大推力火箭發動機的主要差別之一。多次起動的發動機與相同工作時間的連續工作的發動機相比,可靠性要求更高,對空間環境的適應能力要強。為此,推力室的點火是個關鍵問題,如果採用自燃推進劑,就不需要點火裝置。然而,在空間的低溫壞境中,推進劑的自燃性會受到損害;在真空環境中,起動點火,可能發生推力室壓力激烈的波動,從而會給飛行制導系統造成嚴重的負擔。
2)太空飛行器常常要求空間發動機具有在一定程度上的推力調節功能,即變推力功能,這是與大推力發動機的另一個差別。例如。“阿波羅”登月艙的降落髮動機,需能連續地在470千克到4700千克的範圍內改變推力,以便繞月飛行、選擇降落地點和降落至月面。
二、 按能源分類
按使用的能源(推進劑)不同,分為三種類型:
1.以化學反應為能源的化學火箭發動機
這種能量來源的原理是將化學推進劑進行化學反應所釋放出的能量轉化為推力。化學能的釋放最常見的形式是燃燒放熱。
根據這類發動機使用推進劑相態的不同,又可將它們分為:
1) 使用液體推進劑的液體推進劑火箭發動機,簡稱液體火箭發動機;
2) 使用固體推進劑的固體推進劑火箭發動機,簡稱固體火箭發動機;
3) 使用固體和液體推進劑的固液組合型火箭發動機。
2. 以核反應為能源的核火箭發動機
這類發動機能量來源的原理是將核反應釋放出的能量轉化為推力。核能的釋放是和原子內部粒子的轉變同時發生的,核能釋放的形式有裂變、聚變、同位素衰變等多種類型,井以此分為不同的核火箭發動機。
3. 以輻射能為能源的火箭發動機
輻射是一種傳播能量的形式,這裡主要是指用連續輻射的太陽能作為發動機的能源。
從能量的觀點看,發動機實質上是一個能量轉換器,把來自能源的輸入轉化為噴射物質的動能形式的輸出,最終獲得直接反作用的推力。噴射物質可以是固態的、液態的或是氣態的,在很高溫度下也可能是一種電漿,即電子激發的氣體,實際上,噴射物質經常是上述物質的兩種或兩種以上的組合。
以上便是對航天推進系統的大體介紹。
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