Управление вектором тяги в ракетах: принцип работы, подвесные двигатели (Saturn V, Falcon 9). Изменение направления тяги для маневрирования и стабильности.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Система управления вектором тяги, используемая в ракетах.
System of thrust vectoring used in rockets
Карданная подвеска двигателя – это система управления вектором тяги, используемая в большинстве ракет, включая космический челнок, лунные ракеты Saturn V и Falcon 9.
Gimbaled thrust is the system of thrust vectoring used in most rockets, including the Space Shuttle, the Saturn V lunar rockets, and the Falcon 9.
Операция
В системе тяги с карданным подвесом двигатель или только сопло ракеты могут отклоняться по двум осям (тангаж и рыскание) вправо и влево. При отклонении сопла направление тяги изменяется относительно центра тяжести ракеты. На диаграмме показаны три случая. Центральная ракета демонстрирует конфигурацию прямолинейного полета, в которой направление тяги совпадает с продольной осью ракеты и проходит через её центр тяжести. На ракете слева сопло отклонено влево, и линия тяги теперь наклонена к продольной оси ракеты под углом, называемым углом отклонения. Поскольку тяга больше не проходит через центр тяжести, возникает крутящий момент относительно центра тяжести, и нос ракеты поворачивается влево. Если сопло вернуть в положение вдоль продольной оси, ракета отклонится влево. На ракете справа сопло отклонено вправо, и нос ракеты отклоняется вправо.
In a gimbaled thrust system, the engine or just the exhaust nozzle of the rocket can be swiveled on two axes (pitch and yaw) from side to side. As the nozzle is moved, the direction of the thrust is changed relative to the center of gravity of the rocket. The diagram illustrates three cases. The middle rocket shows the straight line flight configuration in which the direction of thrust is along the center line of the rocket and through the center of gravity of the rocket. On the rocket at the left, the nozzle has been deflected to the left and the thrust line is now inclined to the rocket center line at an angle called the gimbal angle. Since the thrust no longer passes through the center of gravity, a torque is generated about the center of gravity and the nose of the rocket turns to the left. If the nozzle is gimbaled back along the center line, the rocket will move to the left. On the rocket at the right, the nozzle has been deflected to the right and the nose is moved to the right.
Подробности и примеры
Векторный поток тяги для многих жидкостных ракет достигается путем поворота всего двигателя. Это включает в себя перемещение всей камеры сгорания и внешнего сопла двигателя, как на двух двигателях первой ступени ракеты Titan II, или даже всей двигательной установки, включая связанные с ней топливные и окислительные насосы. Ракеты Saturn V и Space Shuttle использовали двигатели с возможностью поворота. Более поздний метод, разработанный для баллистических ракет на твердом топливе, обеспечивает векторный поток тяги путем отклонения только сопла ракеты с помощью электрических приводов или гидравлических цилиндров. Сопло крепится к ракете через шаровой шарнир с отверстием в центре или гибкое уплотнение из термостойкого материала, последний вариант обычно требует большего крутящего момента и более мощной системы привода. Системы Trident C4 и D5 управляются посредством гидравлически приводимого в действие сопла. Ускорители твердотопливных ракет STS использовали поворотные сопла.
Thrust vectoring for many liquid rockets is achieved by gimbaling the whole engine. This involves moving the entire combustion chamber and outer engine bell as on the Titan II's twin first stage motors, or even the entire engine assembly including the related fuel and oxidizer pumps. The Saturn V and the Space Shuttle used gimbaled engines. A later method developed for solid propellant ballistic missiles achieves thrust vectoring by deflecting only the nozzle of the rocket using electric actuators or hydraulic cylinders. The nozzle is attached to the missile via a ball joint with a hole in the centre, or a flexible seal made of a thermally resistant material, the latter generally requiring more torque and a higher power actuation system. The Trident C4 and D5 systems are controlled via hydraulically actuated nozzle. The STS SRBs used gimbaled nozzles.