Rakettipolttoaine: lajikkeet ja koostumus

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Kiinteä rakettipolttoaine on kiinteä aine (aineseos), joka voi palaa ilman ilmaa ja samalla vapauttaa paljon korkeaan lämpötilaan kuumennettuja kaasumaisia yhdisteitä. Tällaisia koostumuksia käytetään suihkun työntövoiman luomiseen rakettimoottoreissa.

Rakettipolttoainetta käytetään rakettimoottoreiden energialähteenä. Kiinteän polttoaineen lisäksi löytyy myös geelimäisiä, nestemäisiä ja hybridivastineita. Jokaisella polttoainetyypillä on hyvät ja huonot puolensa. Nestemäiset polttoaineet ovat yksikomponenttisia ja kaksikomponenttisia (polttoaine + hapetin). Geelimäiset polttoaineet ovat orgaanisten happojen avulla geelimäisiksi sakeutettuja koostumuksia. Hybridipolttoaineet ovat järjestelmiä, jotka sisältävät kiinteän polttoaineen ja nestemäisen hapettimen.

Ensimmäiset rakettipolttoaineen lajikkeet olivat täsmälleen kiinteitä. Työaineena käytettiin ruutia ja sen analogeja, joita käytettiin sotilasasioissa ja luomaanilotulitus. Nyt näitä yhdisteitä käytetään vain pienten mallirakettien valmistukseen rakettipolttoaineena. Koostumuksen avulla voit laukaista pieniä (jopa 0,5 m) raketteja useiden satojen metrien korkeudella. Moottori on pieni sylinteri. Se on täytetty kiinteällä palavalla seoksella, joka syttyy kuumalla langalla ja palaa vain muutaman sekunnin.

Kiinteä tyyppinen rakettipolttoaine koostuu useimmiten hapettimesta, polttoaineesta ja katalyytistä, joka ylläpitää vakaata palamista koostumuksen syttymisen jälkeen. Alkutilassa nämä materiaalit ovat jauhemaisia. Rakettipolttoaineen valmistamiseksi niistä on luotava tiheä ja homogeeninen seos, joka palaa pitkään, tasaisesti ja jatkuvasti. Kiinteät rakettimoottorit käyttävät: kaliumnitraattia hapettimena, puuhiiltä (hiiltä) polttoaineena ja rikkiä katalysaattorina. Tämä on mustan jauheen koostumus. Toinen ponneaineina käytetty materiaaliyhdistelmä on Berthollet-suola, alumiini- tai magnesiumjauhe ja natriumkloraatti. Tätä koostumusta kutsutaan myös valkoiseksi jauheeksi. Sotilasohjusten kiinteät palavat täyteaineet jaetaan ballistisiin (nitroglyseriinipuristettu ruuti) ja sekoitettuihin, joita käytetään kanavalohkojen muodossa.

Kiinteä rakettimoottori toimii seuraavasti. Sytytyksen jälkeen polttoaine alkaa palaa enn alta määrätyllä nopeudella, ja se suihkuttaa kuumaa kaasumaista ainetta suuttimen läpi, joka antaa työntövoiman. Polttoaine moottorissapalaa kunnes se on poissa. Siksi on mahdotonta pysäyttää prosessia ja sammuttaa moottoria, kunnes täyttöaine palaa loppuun. Tämä on yksi kiinteän polttoaineen moottoreiden vakavista haitoista muihin analogeihin verrattuna. Todellisissa ballistisissa kantoraketeissa kiinteitä ponneaineita käytetään kuitenkin vain lennon alkuvaiheessa. Seuraavissa vaiheissa käytetään muun tyyppistä rakettipolttoainetta, joten kiinteän polttoaineen koostumusten puutteet eivät aiheuta merkittävää ongelmaa.