Warum gibt es ein Loch in Feststoffraketentriebwerken?

Eine Bohrung im Festtreibstoffkorn vergrößert die exponierte Oberfläche und ermöglicht eine höhere Verbrennungsrate, um den Schub zu erhöhen. Es können mehrere Korngeometrien verwendet werden, um die Anforderungen des Aufstiegsprofils der Trägerrakete durch Kornregression zu erfüllen und damit die Strömungsgeschwindigkeit zu steuern, wenn der Festtreibstoffkern brennt. Aus Wikipedia über Festbrennstoffrakete - Korngeometrie :

Fester Raketentreibstoff verpufft von der Oberfläche des freiliegenden Treibmittels in der Brennkammer. Auf diese Weise spielt die Geometrie des Treibmittels im Inneren des Raketenmotors eine wichtige Rolle für die Gesamtleistung des Motors. Wenn die Oberfläche des Treibmittels brennt, entwickelt sich die Form (ein Untersuchungsgegenstand in der Innenballistik), wobei meistens die den Verbrennungsgasen ausgesetzte Treibmitteloberfläche verändert wird. Der Massenstrom (kg/s) [und damit der Druck] der erzeugten Verbrennungsgase ist eine Funktion der momentanen Oberfläche $A_s$, (m2) und lineare Brennrate$b_r$(Frau):

$$\dot{m} = \rho \cdot A_s \cdot b_r$$

• $\dot{m}$ist hier ein Massenstrom in kg/s,
• $\rho$ist die Massendichte der Flüssigkeit,
• $A_s$momentane Oberfläche und
• $b_r$lineare Brenngeschwindigkeit

Einige der Korngeometrien und ihre entsprechenden Schubkurven könnten wie die folgenden Beispiele aussehen:

     ^{Übliche Festtreibstoffkernquerschnitte von Korngeometrien, einschließlich kreisförmiger, finocylischer und nicht kreisförmiger Bohrungen.}

Andere verwendete Profile sind eine C-Nut (Keilausschnitt an der Seite des Kerns), Mondbrenner (außermittige kreisförmige Bohrung) und so weiter. Die Korngeometrie kann auch dreidimensionale Querschnitte verwenden, was normalerweise durch Stapeln von gebohrten Kernsegmenten mit zweidimensionalem Querschnitt übereinander erreicht wird. Ariane 5 SRBs (EAP P238 und P241) verwenden beispielsweise solche gestapelten Segmente, um ein dreidimensionales Kornprofil zu erzielen, aber es gibt auch andere Trägerraketen, die dies verwenden.

Es kommt auf den jeweiligen Motor an.

Der Schub einer Feststoffrakete ist ungefähr proportional zur brennenden Oberfläche des Treibstoffs (auch Korn genannt ). Ein langer Feststoffraketenmotor mit einem Kanal entlang seiner Länge verbrennt mehr Oberfläche als ein "endbrennender" Motor und erzeugt daher mehr Schub. Typischerweise werden Feststoffraketen-Booster verwendet, um beim Abheben sehr hohe Schubwerte bereitzustellen, daher ist der lange Kanal im Korn erforderlich.

Wenn der Kanal eine einfache kreisförmige Bohrung ist, vergrößert sich die Fläche, wenn der Kraftstoff wegbrennt, wodurch der Schub mit der Zeit zunimmt. Dies ist im Allgemeinen nicht das, was Sie wollen, da die Masse mit zunehmendem Treibstoffverbrauch abnimmt, sodass die Rakete zu schnell beschleunigt. Aus diesem Grund werden andere Körnungsprofile verwendet, wie in der Antwort von TildalWave beschrieben, um die Schub-gegen-Zeit-Kurve zu steuern.

Modellraketen fliegen normalerweise mit einem viel höheren Schub-zu-Gewicht-Verhältnis als Orbitalraketen in voller Größe - TWRs von mehr als 5:1 sind für Modellraketen üblich, während große Raketen bei der Zündung oft unter 1,5:1 liegen. Stirnbrennendes Getreide ist ihnen daher mehr als ausreichend.

Und warum gibt es in Modellraketentriebwerken kein Loch in der Mitte?

Modellraketentriebwerke sind in vielen "Größen" erhältlich - mit unterschiedlichem Schub und unterschiedlicher Dauer. Eine Konfiguration hat das Loch in der Mitte. Sie machen für kurze Zeit viel Schub. Diese wurden entwickelt, um für Booster-Stufen verwendet zu werden.

Fwoosh statt Bumm.

Andere stellten fest, dass die Modellmotoren eine Bohrung haben können oder nicht, und dass die Bohrungen rund sein können oder nicht. Dazu möchte ich darauf hinweisen, dass einige der Bohrungen auch nicht wirklich zylindrisch sind. Es werden auch verschiedene Verjüngungen verwendet.

Es geht sicherlich darum, den Schub zu maximieren, aber das ist nicht nur die Brennrate.

Sie müssen Masse wegwerfen (wie beim Trennen und Entfernen, wodurch eine Reaktionskraft entsteht) oder Masse in die Masse schlagen, die Sie bewegen möchten. Umherwandernde Gase helfen nicht, es sei denn, sie erhöhen die Effizienz der Teile, die . (oder zufällig die Masse passend treffen)

Somit formt das andere Biggie den Gerinne. Mit einem nackten brennenden Zylinderende erhalten Sie zwar Schub, aber die seitliche Ausdehnung wird fast vollständig verschwendet. Beim Brennen von der Mitte nach außen (oder mit entsprechender Düse verschlossen) erhöht diese seitliche Ausdehnung den Druck des Hauptkörpers des Gerinnes und damit den Schub. (Jede verwendete Düse muss für diesen Zweck richtig montiert werden, sonst platzt sie sofort ab.)

Schauen Sie sich "geformte Ladung" für weitere Erbauung an. Sehen Sie auch, warum Waffen eine Kammer haben. Diese sind alle verlinkt.

(Red.: Mein Freund wies darauf hin, dass auch eine Brandschutzisolierung sehr wichtig ist, um die Zerstörung des Schaftes zu verhindern und auch den Nutzen der Düse zu mindern.)