Номер 3, страница 441 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Задания к главе 8 «Тепловые машины. Второй закон термодинамики». Задания по проектной и исследовательской деятельности. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 3, страница 441.

Условие.

3. Через систему поиска сайта http://gotourl.ru/7148 найдите материалы по теме «Ракетный двигатель», расскажите о разновидностях ракетных двигателей. Приведите примеры классификации ракетных двигателей по типу используемого в них топлива.

Решение.

Ракетный двигатель — это реактивный двигатель, источник энергии и рабочее тело которого находятся в самом движущемся аппарате. Он создает тягу за счет преобразования потенциальной энергии топлива в кинетическую энергию реактивной струи. Существует множество разновидностей ракетных двигателей, которые классифицируются по разным признакам.

Разновидности ракетных двигателей

Основная классификация ракетных двигателей проводится по источнику энергии, используемому для ускорения рабочего тела. По этому принципу они делятся на две большие группы: химические и нехимические.

1. Химические ракетные двигатели. Это самый распространенный тип двигателей. Энергия для создания тяги выделяется в результате химической реакции между компонентами топлива (окислителем и горючим). Они, в свою очередь, делятся на:

• Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД): компоненты топлива (горючее и окислитель) хранятся в баках в жидком виде и подаются в камеру сгорания, где смешиваются и сгорают. Они позволяют регулировать тягу и могут быть многократно включены.
• Твердотопливные ракетные двигатели (РДТТ): топливо (смесь горючего и окислителя) находится в твердом состоянии и заранее помещено в камеру сгорания. Такие двигатели проще по конструкции и надежнее, но их тягу трудно регулировать, и после запуска их обычно нельзя выключить и запустить снова.
• Гибридные ракетные двигатели (ГРД): используют компоненты топлива в разных агрегатных состояниях. Как правило, это твердое горючее и жидкий или газообразный окислитель. Они сочетают в себе некоторые преимущества ЖРД и РДТТ.

2. Нехимические ракетные двигатели. В этих двигателях используется внешняя по отношению к рабочему телу энергия.

• Ядерные ракетные двигатели (ЯРД): рабочее тело (например, жидкий водород) нагревается до высоких температур в ядерном реакторе, а затем расширяется и истекает через сопло, создавая тягу. Они обладают значительно более высоким удельным импульсом, чем химические двигатели.
• Электрические ракетные двигатели (ЭРД): рабочее тело (газ, например, ксенон или аргон) ускоряется с помощью электрической энергии. К ним относятся ионные, плазменные и электротермические двигатели. Они создают очень малую тягу, но способны работать непрерывно в течение длительного времени (годы), что делает их эффективными для коррекции орбит спутников и для дальних космических миссий.

Ответ: Ракетные двигатели делятся на химические (жидкостные, твердотопливные, гибридные) и нехимические (ядерные, электрические). Химические используют энергию сгорания топлива, нехимические — внешние источники энергии, такие как ядерный реактор или электричество, для ускорения рабочего тела.

Классификация ракетных двигателей по типу используемого в них топлива

Классификация по типу топлива в основном относится к химическим ракетным двигателям, так как именно для них состав топлива определяет ключевые характеристики.

1. Твердотопливные ракетные двигатели (РДТТ). Используют твердое ракетное топливо (ТРТ), которое представляет собой монолитный заряд (шашку), состоящий из смеси горючего и окислителя.

• Смесевое топливо: наиболее распространенный тип. Состоит из кристаллического окислителя (например, перхлорат аммония) и горючего-связующего (например, синтетический каучук или полимеры), часто с добавлением порошка металла (например, алюминия) для повышения энергоэффективности. Примеры: боковые ускорители системы "Спейс Шаттл", межконтинентальные баллистические ракеты.
• Баллиститное (двухосновное) топливо: на основе нитроцеллюлозы, пластифицированной нитроглицерином.

2. Жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). Классифицируются по свойствам и составу жидкого топлива.

• По количеству компонентов:
  • Однокомпонентные: используется одно вещество, которое разлагается с выделением тепла и газообразных продуктов (например, перекись водорода, гидразин).
  • Двухкомпонентные: самая распространенная схема с раздельными баками для горючего и окислителя.
• По типу топливной пары (для двухкомпонентных):
  • Криогенное топливо: компоненты находятся в жидком состоянии только при очень низких температурах. Это наиболее энергоэффективные топлива.
    Примеры: жидкий кислород (окислитель) + жидкий водород (горючее); жидкий кислород (окислитель) + керосин (горючее).
  • Высококипящее топливо: компоненты жидкие при нормальных или близких к ним температурах. Они удобнее в хранении, но часто токсичны.
    Примеры: тетраоксид диазота (окислитель) + несимметричный диметилгидразин (НДМГ) (горючее). Эта пара является самовоспламеняющейся (гиперголической), что упрощает конструкцию двигателя.

3. Гибридные ракетные двигатели (ГРД). Используют комбинацию компонентов в разных агрегатных состояниях.

• Пример: твердое горючее (на основе полимеров, каучуков) и жидкий окислитель (например, закись азота, жидкий кислород).

Ответ: По типу топлива ракетные двигатели классифицируются на твердотопливные (используют твердую смесь горючего и окислителя), жидкостные (используют жидкие компоненты, которые делятся на криогенные, например, водород+кислород, и высококипящие, например, НДМГ+АТ) и гибридные (сочетают твердое горючее и жидкий окислитель).