موتور راکت

سیر تحولی رشد

در سال ۱۲۸۵ راکت‌ها در «کولوگن» اروپا مورد استفاده قرار گرفتند و از آن تاریخ تا به حال به عنوان یک اسلحه مورد توجه می‌باشند. از میان جنگ‌های معروفی که در آن‌ها از راکت به عنوان اسلحه استفاده شد، می‌توان جنگ‌های «سرنیگاپاتا» در هند و در سالهای ۱۷۲۲ و ۱۷۹۹ جنگ‌های «بولوگن»، در سال ۱۸۰۶ جنگ «دانزیگ» و جنگ «کپنهاگ» در ۱۸۰۷ و همچنین حمله انگلیس در «فورت مک هنری» را نام برد.
در طی جنگ جهانی دوم، چند کشور از جمله ایالات متحده آمریکا با موفقیت از مقرهای پرتاپ چند موشکه استفاده کردند. راکت‌هائی که در جنگ «استالینگراد» توسط شوروی بکار گرفته شدند، در طی جنگ دوم جهانی توسط آمریکا در اختیار شوروی قرار گرفته بودند. راکت‌های سوخت مایع در ایالات متحده توسط پروفسور «رابرت گدارد» ساخته شده و تکامل یافتند. گادارد چندین سال سعی کرد تا ایده‌های خود را به دولت آمریکا بقبولاند و وسایل مورد نیاز خود را تهیه کرد. گدارد و «چارلز لیندبرگ» بالاخره توانستند تعدادی راکت سوخت مایع که با بنزین و اکسیژن مایع تغذیه می‌شدند را ساخته و با موفقیت به پرواز در آورند.
تقریباً در همین زمان چند دانشمند آلمانی به رهبری «هرمان اوبرت» بر روی موتورهای سوخت مایع کار می‌کردند.  «ورنر فون براون» که بعدها اسیر شده و به آمریکا منتقل شد، با این گروه همکاری می کرد. ون براون بعدها در آمریکا رهبری دانشمندان آمریکایی را که بر روی پروژه راکت سوخت مایع کار می‌کردند، بر عهده گرفت. در پایان جنگ جهانی دوم موشک‌های وی-۲ که توسط براون در آلمان طراحی شده بود، به سمت انگلستان پرتاپ شده و قدرت و کفایت خود را به اثبان رساندند. امروزه انواع مختلف راکت‌ها برای مقاصد گوناگون ساخته و بکار گرفته شده‌اند.

موتور راکت با سوخت مایع

یک موتور موشک که با سوخت مایع کار می‌کند، شامل تزریق‌کننده، اتاقک احتراق، گلوگاه و شیپور می‌باشد. بخش پشتی اتاقک انفجار یا احتراق که محل تزریق سوخت است را اینجکتور یا تزریق‌کننده می‌نامند. لایه داخلی اتاقک احتراق دارای جداری تو خالی است که گاز خنک‌کننده‌ای در آن جریان دارد. شیپور در قسمت عقب دارای شکلی همگرا بوده و ایجاد گلو می‌کند و در قسمت جلو شکلی واگرا داشته و تولید دهانه بزرگ خروجی را می‌نماید. در پشت شیپور اتاقک احتراق قرار دارد. معمول‌ترین طرح شیپور، شیپور دلاوال نام دارد. این نام از اسم دکتر « گوستاو پاتریک دلاواو » یک مهندس سوئدی بود، گرفته شده‌است.

موتور راکت با سوخت جامد

این نوع از موشک که در مقایسه با موشک‌های سوخت مایع از ساختار ساده‌تری برخوردار است از قسمت‌های گرین سوخت، محفظه احتراق، کلاهک، باله‌ها، و نازل که همان موتور موشک است تشکیل شده سوخت جامد بر اثر سوختن تبدیل به گاز شده و در نازل لاوال ابتدا سرعت ان در گلوگاه نازل به سرعت صوت رسیده سپس در قسمت واگرای بعدی سرعت ان از سرعت صوت بیشتر شده و بر اساس قانون پایستگی تکانه گاز خروجی باعث پیشرانی موشک می‌شود. 
از موشک‌های سوخت جامد بیشتر در موشک‌های کوتاه برد یا در موشک‌های کمکی ماهواره‌ها که از موشک اصلی جدا می‌شود استفاده می‌شود.

پمپ مواد سوختی

معمولاً پمپ مواد سوختی در هر موتور موشک شامل یک توربین گازی است که دو پمپ سانتریفوژی (گریز از مرکز) که بر روی شافت (محور) همان توربین سوار است را می‌گرداند. جنس توربین گازی و لوله سفید آن از آلیاژ نیکل است که در مقابل حرارت زیاد مقاوم می‌باشد. بدنه پمپ مواد سوختی و پروانه‌های آن‌ها از آلیاژ آلومینیوم ساخته می‌شود تا از وزن آن‌ها کاسته شود. ژنراتور گاز توربو پمپ شبیه به اتاقک احتراق موتور راکت است. سوخت ژنراتور گاز معمولاً از منبع اصلی سوخت موشک تأمین می‌شود. 
سیستم اشتعال در موتورهای سوخت مایع موشک 
سیستم اشتعال در راکت‌های سوخت مایع می‌تواند یک سیستم جرقه زنی الکتریکی یا یک سیستم هیپرگولیک باشد. در سیستم الکتریکی، سوخت و اکسیدکننده به صورت پودر به اتاقک احتراق تزریق شده و پس از مخلوط شدن توسط جرقه‌های الکتریکی مشتعل می‌شوند.

تزریق‌گرها

تزریقگرها (اینجکتورها) در شکلهای مختلف طراحی شده و ساخته می‌شوند. در همه اینجکتورها سوخت و اکسیدکننده به هنگام خروج به خوبی و بطور کامل با هم مخلوط می‌شوند. در بعضی از اینجکتورها سوخت و اکسیدکننده پس از ورود به اتاقک با هم مخلوط می‌شوند. در این روش ذرات کوچک‌تر که همان گازهای حاصل از احتراق باشند، تولید می‌شوند. در روش دیگر، سوخت و مایع اکسیدکننده بر روی صفحاتی که در مقابل اینجکتور تعبیه شده‌اند، پاشیده می‌شوند. در این عمل سوخت و ماده اکسیدکننده با هم مخلوط شده و مشتعل می‌شوند.

مواد سوختی مایع

مواد سوختی به مجموعه سوخت و ماده اکسیدکننده اطلاق می‌شود. برای موتورهای موشک سوخت مایع انواع بسیاری سوخت و اکسیدکننده وجود دارد، اما باید توجه داشت که خصوصیات این مواد با هم متفاوتند. از مواد اکسیدکننده می‌توان اکسیژن مایع، فلورین، پراکسید هیدروژن، اسید نیتریک سفید دودکننده و کلرین را نام برد. بعضی از ترکیبات سوختی بسیار آتش‌زا هستند. برای مثال اکسیدکننده فلورین در ترکیب با آمونیاک ترکیب بسیار قابل احتراقی را تولید می‌کند.

کار با مواد سوختی مایع

تکنسین یا تعمیرکار موشک که مسئول مواد سوختی راکت است، باید بطور کامل با تکنیک‌های این موضوع آشنا باشد. وی ابتدا باید با طبیعت این مواد آشنا بوده و ترکیبات و خصوصیات هر کدام را بداند. برای مثال اکسیژن مایع همیشه در دمای کم نگهداری می‌شود و در صورت تماس با ترکیبات آلی و بافتهای زنده بلافاصله آن‌ها را منجمد می‌کند و به همین دلیل هرگز نباید اکسژن مایع با پوست تماس پیدا کند، زیرا در اثر تبخیر شدید و گرفتن مقدار زیادی از دمای پوست باعث صدمه زدن به آن می‌شود.

کاربرد موتورهای راکت

موتورهای راکت در موشک‌های نظامی مانند موشک‌های هوا به هوا (ای ای ام)، زمین به هوا (اس ای ام)، هوا به زمین (ای اس ام)، زمین به زمین (اس اس ام) و غیره استفاده می‌شود. موتورهای راکت که در موشکهای رزمی بکار می‌رود هم از نوع سوخت مایع و هم از نوع سوخت جامد می‌باشد. قدرت این موتورها بین چند صد تا چند میلیون پوند متغیر است. 
موتور موشک ( نازل)
در همهٔ موشک‌ها اعم از سوخت مایع و جامد از نازل لاوال استفاده می‌شود این نازل از سه قسمت همگرا، دهانه، واگرا ساخته شده گازهای حاصل از سوختن سوخت با فشار بالا و دمای بالا وارد قسمت همگرا می‌شود سرعت گاز زیاد می‌شود تا جایی که در دهانه موشک سرعت ان به سرعت صوت می‌رسد در قسمت و وارد قسمت واگرا می‌شود در این قسمت به دلیل خاصیت خاص گازها در سرعت‌های بالاتر از سرعت صوت حالت تغییر سرعت بر اثر تغییر سطح مقطع برعکس شده و سرعت به جای کم شدن زیاد می‌شود بدین ترتیب سرعت گازهای خروجی به بالاتر از سرعت صوت می‌رسد.