Rakéták (általános ismertető)


Ami ezen az oldalon található:

A meghajtás elmélete:

A rakéták repülése az egyik legegyszerűbb fizikai jelenségen alapszik: a hatás, ellenhatás elvén. Ennek megértéséhez vegyük elő a jól bevált iskolai példát (következő kép). Eszerint adott egy kerekeken guruló kiskocsi, ami egy pontosan vele egy tömegű másik kiskocsival van összekötve. Egy rúgó feszíti szét őket, ha elvágjuk a kábelt, a két kocsi ellenkező irányba, de egyenlő sebességgel gurul tova. Ugyanez a helyzet, ha a kocsiról egy vele egyenlő súlyú fémgolyót dobunk le. Szintén ezt az eredményt kapjuk, ha egy kisebb tömegű testet dobunk le, de nagyobb sebességgel! A lényeg ha a golyóra egy bizonyos erővel hatunk az pontosan akkora, de ellentétes erővel hat vissza! A rakéta működés közben nagy sebességű gázrészecskéket "lő" ki a kívánt haladási iránnyal ellentétesen, így a gázrészecskére ható erő következtében a rakéta az ellentétes irányba mozdul. A gázrészecskék nagyon könnyűek, de nagyon sok is van belőlük és ezek nagy sebességre gyorsulnak fel. Ha adott egy 10g-os tömeg amit ledobunk egy 100g-os tömegről akkor a 100g-os tömeg sebessége tizede lesz, mint a ledobott 10g-os tömeg sebessége. Ahogy a rakéta felemészti az üzemanyagot amit magával vitt, egyre könnyebbé válik. A könnyebb rakétára nagyobb gyorsító erő hat mint a nehezebbre. Ezért ha a rakéta össz. súlyának 63%-a üzemanyag, akkor elérheti azt a sebességet mint amivel az üzemanyag távozott a rakétából! Ha kevesebb üzemanyagot visz mint 63% akkor erre semmilyen körülmények között nem lesz képes! (ezért roppant fontos egy üzemanyag keverék elméleti kiáramlási sebessége. Ha az magas, akkor a rakéta is gyorsabban képes haladni.)

Hatás-ellenhatás elv

A rakétáknak működésükhöz egy bizonyos tömeget kell megfelelő sebességgel kilökniük magukból ahhoz, hogy tolóerőt biztosítsanak maguknak. Sok különböző megoldás létezik, vannak olyan rakéták, amik nagysebességű vízsugarat lőnek ki és ezzel hajtják magukat. Ezek az úgynevezett vízirakéták sűrített levegőt használják a víz mozgatásához, amit egy tartályban préselnek össze a vízzel. Ha adott egy megfelelő keresztmetszetű lyuk, a sűrített levegő kitolja a vizet és ezzel létrejön a tolóerő. Ez nem a legjobb megoldás, mert a meghajtáshoz szükséges tömeg és az azt mozgató üzemanyagot is magával kell vinnie. Valamivel hatékonyabb ha csupán a hajtógázt préseljük a tartályba, de abból többet. Viszont ezzel a módszerrel az a baj, hogy a gáz nagyon kicsi tömegű és ahhoz hogy ugyanolyan tolóerőt hozzon létre mint vízzel, a gáznak roppant nagy sebességgel kell kiáramlania! Ez pedig csak úgy lehetséges, ha a gázt nagyon nagy nyomással préseljük össze. Ekkor sajnos nagyon vastag kell legyen a tartály fala, hogy kibírja a nyomást. Ez nagy többlet súlyt jelent!

Hatékony rakétákat csak akkor építhetünk, ha a szállított üzemanyag saját energiáját is felhasználjuk. Vagyis elégetjük egy zárt térben és az ebből származó gázt és nyomást is hasznosítjuk! A kiáramlott égéstermékek össz. tömege egyezni fog az üzemanyagéval, és nincs szükség külön energiaforrássra, ami az üzemanyagot kihajtja a fúvókán. Ennek a módszernek három képviselője létezik: a szilárd üzemanyagú rakéta a folyékony hajtóanyagú rakéta és végül a hibrid rakéta.

Különböző üzemanyagú rakétamotorok

Szilárd üzemanyagú rakéták

Először a szilárd üzemanyagú rakéták működését vizsgáljuk meg: Ezek felépítésükben hasonlítanak a sűrített gázos rakétákhoz, mert az üzemanyagtartály egyben a rakéta motorja is! A motor fala ezért vastag, hogy a működéshez szükséges nyomást elviselje. A szilárd üzemanyagú rakéták egyik jellegzetessége, hogy nem lehet leállítani és újraindítani! "Ha egyszer begyújtják, akkor már biztos hogy megy valahová, csak az a kérdés hogy hová!"

Ez a működésük alapelveivel magyarázható: a szilárd üzemanyagú rakéták az üzemanyaguk elégetésével hoznak létre nagy nyomású gázsugarat, mely a tolóerőt biztosítja. Az üzemanyag elégetéséhez azonban magukkal kell vigyék szükséges oxigént is. Ha tehát az üzemanyag szilárd halmazállapotú, akkor az oxigén az üzemanyaggal előre keverve kell legyen. Ha az üzemanyag és az oxidálószer keveredve van, az a gyújtást követően égni fog. Az égés kioltásához vagy le kéne hűteni az égő keveréket a gyulladáspont alá, vagy el kéne venni tőle az oxigént. Egyik változat sem oldható meg, még egészen kis mennyiségek mellet sem!

A tolóerő változtatására viszont van mód! Bár közvetlenül csak nehezen megoldható, ezért egy egyszerű megoldást találtak a problémára. Az üzemanyag másféle módon van betöltve a rakétamotor más más pontjain és így más sebességgel ég el az egyes szakaszokban. Ennek is több módja létezik. Nem igazán elterjedt megoldás, amikor az üzemanyag sűrűsége van változtatva. A sűrűbb részeken nagyobb a tolóerő, a ritkább részeken kisebb. A másik módszer a különböző égésterek alkalmazása. Az üzemanyagtömbökben előre hosszanti furatokat alakítanak ki, amelyek keresztmetszete befolyással van az üzemanyagblokk felületére, és így az egységnyi időn belül elégetett üzemanyag mennyiségére.

égésterek típusai

A legelterjedtebb égéstér egyben a legrégebben használt égéstér is ( 3. Rajz 1. Ábra) ez egy tüske alakú égéstér amiben kezdetben nagy a felület az égés számára, így egyszerre sok üzemanyag ég el és nagy tolóerőt fejt ki! Azonban ahogy fokozatosan elég az üzemanyag, úgy a rakéta egyre könnyebb lesz így már nincs szükség az induláskor fellépő nagy tolóerőszükségletre. Ezért az égéstér fokozatos szűkülésével egyenesen arányosan csökken az égés felülete és ezzel együtt a tolóerő is! Vannak helyzetek amikor ugyan nagy tolóerő szükséges, de az nem kell sokáig tartson. Ilyenkor egy folyamatos nagy égésfelületet biztosító égésteret kell alkalmazni. ( 3. Rajz 2. Ábra ) A másik régóta használt "égéstér" mikor nincs égéstér, azaz van de az nem az üzemanyagtömbben van. (3. Rajz 3. Ábra) Ez kis tolóerőt hoz létre, de azt sokáig képes tartani. Mivel a rakéta kezdeti súlya nagy és viszonylag kicsi tolóerő áll rendelkezésre, ezért gyors égésű üzemanyagokat kell használni.

A szilárd üzemanyagú rakéták üzemanyagaként számtalan keverék létezik. Előny ha az üzemanyag valami rugalmas kötőanyaggal van keverve, vagy megolvasztva, feloldva betölthető a motorba. Az üzemanyag szilárdsága és homogenitása a motortérben kulcsfontosságú. Egyrészt az egyenletes tolóerőhöz, másrészt az esetleges motorrobbanás elkerülése érdekében. Ha az üzemanyagban repedés vagy zárvány található, az azzal járna, hogy égés közben a gázok begyújtják a repedés vagy zárvány elérhető felületén az üzemanyagot. Ennek következtében túl sok üzemanyag fog egyszerre égni és a megnövekedett nyomást lehet hogy nem viseli majd el a motor fala! A régi lőporos rakétákban apránként töltögették és döngölték keményre a nedves lőport.

Fontos dolog a megfelelő összetételű keverék, ami megfelelő sebességgel és elég tisztán ég. Minél kisebb molekula súlyú égésterméket fejleszt, és minél kevesebb szilárd égésterméket, annál hatékonyabb üzemanyagnak számít. Kezdetben kizárólag feketelőport használtak a szilárd hajtóanyagú rakétákban, manapság az űrhajózás korában már számtalan nagy teljesítményű kompozit üzemanyag létezik. Azonban ezek legtöbbje csak ipari körülmények között készíthető el. ilyen kompozit üzemanyagok amiket PL.: az űrsiklók gyorsírórakétáiban használnak. Vagy a különleges füst nélkül égő Ballisztit üzemanyagok, amik mellesleg borzasztó teljesítménnyel bírnak és főleg a hadsereg kamatoztatja őket. Ezek nitroglicerin, Nitrocellulóz , PVC vagy más műanyagok,fémporok és hozzáadott oxidálószerek keverékei.

A szilárd hajtóanyagú rakéták esetében több fontos tényezőt is figyelembe kell venni a motortest tervezésénél, mivel itt a rakéta üzemanyagtartálya egyben a motorja is, a benne történő égési folyamatok miatt nagy hőnek és nyomásnak kell ellenálljon! Még szélsőségesebb viszonyokat kell elviseljen a fúvóka és környéke, ahol a kiáramló nagysebességű és hőmérsékletű gázok és szilárd égéstermékek folyamatos ostromát kell kibírnia. Mivel a szilárd hajtóanyagú rakétáknál nem áll fenn az üzemanyaggal való hűtés lehetősége mint a folyékony hajtóanyagú rakétáknál, ezért nagyon ellenálló anyagokat kell felhasználni, aminek gyakran az a következménye, hogy a rakéta nehezebb lesz mint amilyen lehetne. Hogy mégse olvadjon el a fúvóka, egy "kopóréteget" alakítottak ki, ami üzem közben elpárolog, és ez hűti a fúvóka egyes részeit. Más részek ellenálló kerámia bevonatot kapnak, ami nagyon jó hőszigetelő tulajdonságokkal bír. Minden használat után cserélni kell ezeket a kerámia betétlapokat.

Előnyök és hátrányok:

Nehéz előállítani az üzemanyagot, nehéz azt betölteni a rakétába, nehéz maga a rakéta. Általában nem újrafelhasználhatóak vagy komoly karbantartást igényelnek! De ami a legnagyobb hátrány: nem szabályozhatóak!

Előnyei:

Roppant erősek, egyszerűek , könnyen legyárthatóak, startra kész állapotban tárolhatóak. Felhasználási területei: tűzijátékok, haditechnika, űrhajózás. A szilárd üzemanyagú rakéta sok előnye ellenére nem juthattunk volna fel az űrbe, ha nem létezne a folyékony üzemanyagú rakéta, ami az egyszerűséget kivéve mindenben veri a vetélytársakat!

NASA szilárd hajtóanyagú hordozórakétájaRichard Nakka Epoch1 rakétamotorja

Folyékony üzemanyagú rakéták

A folyékony hajtóanyagú rakéták felépítésükben egyáltalán nem hasonlítanak a szilárd üzemanyagú rakétákhoz. Az üzemanyag cseppfolyós, ezért azt "könnyen" a különálló motorhoz lehet vezetni, így nincs szükség a nagy nyomást elviselő vastag tartályokra! Egyedül csak a motor és a szivattyúk kell viseljék a nagy nyomást! További előnye a folyékony üzemanyagnak, hogy a "helyszínen" keverhető. Vagyis nem kell egy tartályban tárolni az oxidálószert és az üzemanyagot. Az üzemanyagtartályokból a motorba turbószivattyúk segítségével juttatják a folyadékokat. A Szivattyúk gázturbinái azt az üzemanyagot használják, amit maguk is szállítanak.

Mind az üzemanyag, mind az oxidáló szer felforr a hűtőkörben és gőz formájában "szivárog" át a perforált belső falon. Így tökéletesen keverednek a komponensek, kihasználva az égésteret. A szivárog szó alatt azt kell érteni, hogy PL: a Saturn 5 rakéta ami az Apolló űrhajót a holdig juttatta, az indulást követő 15mp-ben másodpercenként(!) 15tonna üzemanyagot égetett el! Ezzel 3millió lóerőt produkált! Később az oroszok jóvoltából kisebb, de még erősebb rakétákat tudtak építeni méghozzá úgy, hogy az üzemanyag szállítására használt gázturbina elégetett gázait nem a rakéta oldalán vezették el, hanem a motorba préselték és ezzel hozzávetőleg 25% többleterőhöz jutottak! Ez nem rossz, de sajnos kezdetben nem ment minden simán. Ez azt jelentette, hogy a turbinában jóval nagyobb kell legyen a nyomás mint a korábban és ez óriási igénybevételt jelentett! Ennek következtében hírhedten veszélyessé váltak ezek a rakéták. A technika csiszolásával ez a probléma megoldódott, a "kipufogógázt" a fúvóka megfelelő pontján keverték a rakétamotorból kiáramló gázokhoz. A Gázturbina által létrehozott égésgázok hőmérséklete lényegesen alacsonyabb a rakétamotorból kiáramlókénál. Jól jött ez az alacsonyabb hőmérsékletű gáz, mert az aerodinamikai törvényeknek engedelmeskedve hozzálapul a fúvóka palástjához, így távol tartja a forróbb gázokat.

Folyékony hajtóanyagú rakétamotor. A szivattyú gázturbinájának gázai a fúvókába vezetve.

Az égésből szármaró nagy hőmérséklet nem jelent gondot, mivel a motornak és a szivattyúknak is van hűtésük! Hogyan lehet hűteni egy rakétamotort? Nyilván a belső égésű motoroknál megszokott folyadékhűtéssel nem. Vagy mégis? A motorok hűtését magával az üzemanyaggal odották meg! Az üzemanyag, és az oxidálószer keresztül áramlik a motoron elhelyezett csöveken, és eközben lehűti azt. Legtöbbször oxidálószernek folyékony oxigént használnak. Az oxigén -189C fokon cseppfolyósodik, ezért különösen alkalmas hűtésre. Miközben az oxigén és az üzemanyag lehűti a motort, ők maguk is felmelegszenek és felforrnak. A keletkezett nagy nyomású gőz áramlik be a motorba. Ez megkönnyíti a motorba juttatást, mert a keletkező nyomást fel lehet használni. Ha a motorba direkt préselnénk be a hideg oxigént az rontana a hatásfokon. Létezik egy másik eljárás a hűtésre, de már nem gyakran használják. A lényege az, hogy töbletüzemanyagot fecskendeznek a fúvóka megfelelő pontján a motorba. Az üzemanyag párolgása hőt von el a a motor falától. A tökéletlen égés következtében egy hidegebb égéstermék réteg választja el a fúvókát a belső forró gázsugártól. Ezt a technikát használták a Német V2 rakétában is, onnan a jellegzetes hosszú lángcsóvája. De néhány modernebb rakétamotor is használja ezt a technikát, még ha nem is teljesen ez felel a motor hűtéséért. Jellegzetesen akkor alkalmazzák ezt a módszert, mikor a szivattyúk gázturbinájának gázai nincsenek visszavezetve a fúvókába. Jól látszik a szabad "kipufogó csonk" a lentebbi első képen. A negatív oxigénegyenlegű keverék égéstermékei sárgára színezik a lángot.

Részben + üzemanyaghűtésű motorA Német V2 rakétamotorja a + üzemanyag párologtatásával lett hűtve

A korai típusokon először egy külön vezetéken keresztül áramlott be az oxigén ami előtte körbejárta a fúvókát és a motor burkolatát, ezzel hűtve azt. A motorba belépő vezetékből egy porlasztófelületre jutott a nagynyomású gőz, majd az üzemanyaggal keveredett és elégett. A keveredés nem tökéletes és így kisebb teljesítményt lehet elérni. Erre megoldásként azt találták ki, hogy az oxigént és üzemanyagot magán a motor falán keresztül juttatják az égéstérbe! A motor több rétegű fallal készül, és a két réteg közt áramló oxidálószer és üzemanyag így hűti le a motort, ahogy felforrnak a folyadékok, a gőz bepréselődik a motortérbe azokon az apró lyukakon, amit a belső rétegre perforáltak. Gyakorlatilag jóval egyenletesebb és nagyobb felületen keveredtek a gőzök, Így tisztább és gyorsabb lett a kémiai reakció. A motor hatásfoka jelentősen megnövekedett. Inkább egy kép mint ezer szó:

a modern folyékony üzemanyagú rakéta motorjának felépítése

Folyékony üzemanyagként sok anyag szóba jöhet ezen motorok esetében. Legtöbbször az a jellemző, hogy oxigént és alkoholt használnak, mivel ez kellően biztonságos és olcsó ( bár a szénhidrogénekkel jóval alacsonyabb kiáramlási sebességet lehet elérni mint PL.: a hidrogénnel) De a folyékony hidrogén és oxigén keveréke is sokszor szerephez jut, pl: az amerikai űrsikló projekt is hidrogén/oxigén alapú főmotort használ. Sajnos a hidrogén nem a legjobb üzemanyag, erős és hatékony, de nehezen kezelhető. -253C fokon cseppfolyósodik, ezért roppant nehéz előállítani és tárolni. Könnyen forrni kezd, a keletkezett gázok pedig erősen robbanásveszélyes elegyet képeznek a levegővel. Technikai szempontból is hátrányos, nagyobb helyre van szüksége mint az alkoholnak, mert sűrűsége nagyon alacsony.

Sajnos a szuperhideg üzemanyagok betöltése és előállítása körülményes feladat, vannak helyzetek mikor ezt a technológiát nem használhatják, mert a hideg üzemanyagok előbb utóbb felmelegszenek és forrni kezdenek. Ezután elszivárognak a tartályokból a külön erre a célra kialakított szelepeken keresztül. Az oxigént és más gázt csak akkor lehet cseppfolyós halmazállapotban tárolni ha hideg. Ha melegebb és forrni kezd, akkor a keletkező gázt semmivel nem lehet visszatartani, ugyanis csak nyomással nem lehet cseppfolyósítani őket! A gázokat összepréselhetjük de azok sosem lesznek cseppfolyósak, csak gőzökké alakíthatjuk! Ha ezt a gőzt lehűtjük egy bizonyos hőmérsékletre, csak akkor csapódik ki mint folyadék!

Biztonsági szelepen keresztül távozó oxigénfolyékony oxigén forrásban -183C

Főleg a haditechnikában akadnak helyzetek mikor szükség van a folyékony hajtóanyagok előnyeire, de nincs mód hogy a szuperhideg üzemanyagot használjanak. Ezért kell olyan üzemanyag keveréket használni ami hosszú időn keresztül tárolható startrakész állapotban. Üzemanyagként benzint, alkoholt, kerozint, hidrazint is használnak. Oxidálószerként Salétromsav és hidrogénperoxid az ami legtöbbször szóba jöhet.

(kiáramlási sebesség a rakéták fúvókáján kiáramló gáz sebessége, ami döntően befolyásolja a rakéták csúcssebességét és hatékonyságát nagy sebességeknél! Mértékegysége m/s [vagyis egy métert tesz meg másodpercenként szorzó Km/h-ra 3,6] )

A folyékony hajtóanyagú rakéták előnyei és hátrányai: Az előnyei közé sorolhatjuk a hatékonyságot, ami az üzemanyag felhasználást illeti. Erősek, szabályozhatóak. Ki és be kapcsolhatóak. Könnyűek. Hátrányai közé sorolhatjuk a következőket: bonyolultak és nehezen karbantarthatóak. A folyékony oxidálószerek veszélyesek, tárolásuk nehezen megoldható.

A folyékony hajtóanyagú rakéta csöppet sem egyszerű felépítése

Nem olyan bonyolult ez, csak két gázturbinás szivattyúrendszerrel van szerelve.

Hibrid rakéták

Működése a következő: adott egy szilárd hajtóanyagú rakétához nagyon hasonló felépítésű motor. Ebben található a szilárd üzemanyag, gyakorlatilag ugyanúgy mint a szilárd hajtóanyagú rakéta üzemanyag blokkja. Erre az oxidálószerrel előre nem kevert tömbre permetezik rá az égéshez szükséges oxidálószert. Ez lehet folyadék, vagy gáz halmazállapotú. Ettől függően folyadék/szilárd vagy gáz/szilárd üzemanyagú hibridről beszélünk. Léteznek folyadék/gáz hibrid üzemanyagú motorok is, bár ezek technikailag a folyékony hajtóanyagú rakétákhoz állnak közelebb.

Az oxidálószer mennyiségével szabályozható mennyi üzemanyag éghessen el, állítható a tolóerő. Sőt kioltható és újraindítható a motor! Hátránya hogy nehéz, mivel az üzemanyagtank maga az égéstér és ezért vastag a fala mint a szilárd rakétáké! De ezen kívül az oxidálószert is az égéstérbe kell juttatnia ami nem olyan könnyű feladat. Szinte kizárólag a hajtógázos megoldás jöhet szóba, ami azt jelenti, hogy mind az üzemanyagnak, mind az oxidálószernek nagy nyomású üzemanyagtankja kell legyen. A hajtógázas megoldást a normál folyékony üzemanyagú rakéták esetében is használták de az így jelentkező többlet súly miatt oda az előny a szilárd hajtóanyagú rakétákkal szemben! Röviden valóban hibridről van szó, mert az üzemanyaghoz hasonlóan a hatékonyság is valahol a kettő között van!

A hibrid rakéta felépítése és típusai

Az utóbbi időben a hibrid rakéták is elkezdtek teret hódítani az amatőr rakétaépítés terén. Oxidálószerkén ugyanis gyakran használnak gázt. Erre a célra a viszonylag olcsón kapható Dinitrogén-oxid a legmegfelelőbb választás, hiszen a gáz 53bar nyomáson 25C fokon cseppfolyós. Másik áldásos tulajdonsága, hogy szinte bármilyen szénhidrogénnel reakcióba lép és oxidálja. (persze csak bizonyos hőmérsékleten) vagyis a szilárd üzemanyag terén szinte bármi szóba jöhet! Az ilyen konstrukciónak üzemanyagnak megteszi: a paraffin, cukrok, PVC, poliuretán, de akár elmegy egy rúd szalámival is, vagy akár egy darab fával! Persze a hatásfok szemszögéből egyáltalán nem mindegy hogy mit használunk üzemanyagnak, de a lényeg a lényeg, hogy ezek nagy mennyiségben állnak rendelkzésre!

A dinitrogén-oxidot (N2O más néven nitró) sok helyen használják, talán az autók tuningolása által lett leginkább közismert. A gyógyászatban kéjgáz néven fut. Élettani hatásai meglehetősen mókásak, legalábbis annak biztosan aki belélegzi. Ami számunkra is érdekes lehet: a tejszínhab kihajtására is Dinitrogén-oxid töltető patront használnak. Ezek a kis palackok már szinte azonnal felhasználhatóak a kisebb hibrid motorokhoz.

Köszönet a videóért ][CE kollégának. Papír/Dinitrogén-oxid motor. Természetesen a palack habpatron és nem CO2.

Visszatérve a hibrid rakéták felépítésére, ezek sem túl bonyolult konstrukciók persze elkészítésük igényel némi kézügyességet és ismeretségi kört. Ezek motorjai fémből készülnek és ez jelenthet némi problémát, másrészt azt sem túl egyszerű megoldani hogy akkor áramoljon a gáz az égéstérben mikor mi szeretnénk. Erre a legegyszerűbb megoldás, ha olyan szelepet használunk ami gyakorlatilag elég! PL.: a gázt a tartályból visszatartó szelep valamilyen préselt pirotechnikai elegy. Ha elég és átszakad, a nagynyomású folyadék a tartályban felforr és gáz formájában az égéstérbe tör. A több i már a kémia dolga. Ez különösen jó módszer, mert a másik problémát, a tüzelőanyag felmelegítését, gyújtását is megoldja. Az üzemanyagblokk kialakítása olyan legyen ami megfelelő keveredést biztosít az oxidálószerrel.

Stabilitás

1.az úgynevezett Congreve-féle rakéták vagy más néven röppentyűk amelynek stabilitását egy rakétatestre erősített farúd hivatott szolgálni. Ez jócskán megnövelte a rakéta súlyát ezért nem túl hatékony, viszont egyszerű. Főként lassabb és könnyebb rakétákban használható. Működése a következőképp írható le: A pálca a rakéta súlypontját az alátámasztási pont mögé tolja. Ez az alátámasztási pont történetesen a fúvókatorok. Ekkor a gravitációnak engedelmeskedve a pálca a föld felé fog mutatni. A pálcának további hatásai is vannak, felszíne elég jelentős a rakétához képest, ezért jelentős kormányerőt képvisel. Ilyen értelemben vezérsíkként működik. A hossza miatt nagy erőkaron keresztül hat vissza a pálca végében fellépő minimális kormányerő, így ez a hatás a stabilitás szemszögéből elég jelentős, bár önmagában nem elégséges. A rakéta sebességének növekedésével ez a hatás egyre jobban érvényesül. Az egyik előnye a rendszernek, hogy a rakétát bármilyen szögből is indítjuk, az megpróbálja majd a földtől elkormányozni azt. Tehát nagyon alkalmas tűzijáték rakéták stabilizálására.

A rakéták stabilitása

2. a vezérsíkos rakéta

A vezérsík egy sor a rakéta oldalához párhuzamosan erősített, tehát szemből áramvonalas lemez. Legtöbbször 3-4 darab van belőlük 120 és 90 fokos szögben helyezkednek el körben. Működési elve a következő: a rakéta egy bizonyos sebességgel halad a levegőben, ekkor ezzel megegyező sebességű menetszél áramlik szembe. A rakétatestre szerelt lapokra minimális légellenállás hat. Ha azonban a rakéta kitér, akkor a lapok légellenállása megnő, mivel azok nagyobb felületet mutatnak a menetszélnek, ezzel arra kényszerítve a rakétát hogy az visszaálljon eredeti röppályájára. Egy megfelelő méretű vezérsíkkal ellátott rakéta bármilyen szögben is lövik ki (akár vízszintesen is ) az tartani fogja a haladási irányát feltéve, hogy meg van a megfelelő sebessége hozzá! Ebben az esetben viszont egyáltalán nem jó ha a tömegközéppont a rakéta hátuljában van! Az ábra a következő: a rakétának van egyszer tömegközéppontja meg a tolóerő támadáspontja meg a vezérsíkoknak köszönhetően már CP pontja is! (CP= center pressur = nyomásközéppont) ez az a pont ahol a lapok légellenállásából eredő kormányerő a rakétára hat. Ez a pont a vezérsíkok között helyezkedik el.

A rakéták stabilitása

A tolóerő támadáspontja miatt az egész rakéta alapból instabil, mint a letört pálcájú tüzijátékrakéta, mivel a tömegközéppont az alátámasztási pont elött helyezkedik el. Üzemi sebességnél a kormánylapokra ható erő képes vissza forgatni a rakétát a megfelelő pályára, de csak ha a CP a tömegközéppont mögött helyezkedik el, ugyanis csak ekkor jöhet létre megfelelő irányú forgatónyomaték. Mivel nincs fix ponthoz rögzítve, minden erő a tömegközéppont körül fordítja el a rakétát. Ha a rakéta súlypontja egyezik a CP vel vagy nagyon közel van hozzá, akkor egyáltalán nem, vagy csak nagyon kis forgatónyomaték keletkezik. Ekkor az erők eredője kereszezi, vagy nagyon közel halad a forgástengelyhez. Ha a CP a tömegközéppont előtt helyezkedik el akkor létrejön a forgatónyomaték, de ellentétes irányú mint amire a rakéta visszakormányzásához szükség lenne.

Amíg a rakéta menetszele nagyobb erőt hoz létre a kormánylapokon mint a zavaró tényezőkből adódó forgatónyomaték, addig a rakéta stabilan repül a pályáján. Amint azonban lelassul vagy még nem gyorsult fel a megfelelő sebességre, a rakéta a zavaró tényező forgatónyomatékának engedve bedől. Pl.: oldalszél esetén a széllel szembe fordul. Ez különösképpen akkor nem kívánatos mikor a rakéta indul, ezért van szükség a vezetősínre, ami kilövéskor a megfelelő irányban tartja a rakétát amíg az el nem éri a kormánylapokhoz szükséges sebességet. A vezetősín hosszát is ez alapján kell meghatároznunk!

A rakéták stabilitására még számos módszer létezik PL.: a gázsugár kormányzás amikor a rakétából kiáramló gázok útjába tesznek egy mozgatható vezérsíkot. Vagy a tolóerő vektoros kormányzás amikor a fúvóka elfordításával változtatják a haladási irányt vagy tartják egyensúlyban a rakétát. De főleg a hadiiparban alkalmazzák még a forgásstabilizált rakétákat. Ezeket a különlegesen kialakított fúvókák segítségével megpörgetett rakétákat a forgás stabilizálta akár egy puskagolyót!

© 2009 pyromaster.org - Minden jog fenntartva.

Köszönet | Impresszum | Pirotechnikai fórum