أنواع محركات الصواريخ و الفرق بينها

بشكل عام الصواريخ في أغلبها محركاتها إما محركات صواريخ Rocket Engine أو محركات نفاثة Jet Engine و هذا يختلف حسب نوع الصاروخ و الغرض المراد منه و ميزة هذه المحركات هي قوة الدفع Thrust العالية لها و السرعات العالية التي يمكن أن تصل إليها و في بعض الأحيان تستخدم المحركات التوربينية النفاثة Turbojets أو التوربينية المروحية Turbofan و هذه قدراتها أقل من سابقاتها (على حد علمي الشخصي) .

المحرك يحول الطاقة الكيميائية و الاحتراق إلى طاقة ميكانيكية (دفع Thrust) لتدفع الطائرة أو الصاروخ للأمام أو الأعلى للتغلب على قوى الكبح Drag و الوزن Weight الناتجة من مقاومة الهواء و كتلة الجسم الطائر و فيه يختلط الوقود -مهما كان نوعه- مع المؤكسد (العامل المساعد للاحتراق) فيحترق الخليط و يكون غازات ساخنة جدا تتمدد و تندفع بسرعة عبر فوهة العادم (Nozzle) و بسبب تغير شكل فوهة العادم تزيد سرعة الغازات المندفعة و تولد قوة الدفع.
و تختلف طريقة عملية الاحتراق حسب المحرك ففي المحرك النفاث يدخل الهواء من المحيط الخارجي و داخل غرفة الاحتراق يمتزج مع الوقود و يكون الاحتراق لكن في محرك الصاروخ يتم الاحتراق باستخدام الوقود و العامل المؤكسد الموجودين بداخل المحرك
و يجب ملاحظة أنه للفضاء الخارجي لا يمكن سوى استخدام المحرك الصاروخي لأن بقية المحركات تحتاج إلى الهواء لكي تعمل في حين أن العامل المؤكسد في المحرك الصاروخي يكون مضمن مع المحرك.
و يتم تقييم أداء الصواريخ بنسبة قوة الدفع إلى وزن الصاروخ و يقيم المحرك عن طريق معرفة قوة الدفع التي نحصل عليها مقابل حرق وحدة معينة من الدافع Propellant (الوقود+المؤكسد).
محركات الصواريخ في الأغلب تحتوي على عدة مراحل من الإطلاق و حتى الوصول للهدف و قد تتشابه أو تستخدم فيها أنواع مختلفة أو مخلوطة من الوقود.

تعريف الدافع و أنواعه:
هو الكتلة التي تخزن في الصاروخ لتؤدي وظيفة الدفع عند احتراقها و خروجها من منفث (Nozzle) المحرك بسرعة فائقة و في صورة غازات و الأنواع الموضحة تكون فقط في المحركات الصاروخية.
أنواع الدوافع:
-دافع صاروخ صلب Solid Rocket Propellant
و هو يكون في الحالة الصلبة في شكل مطاطي أو بلاستيكي و هو يمثل معظم محركات الصواريخ و يمكن أن تتخيل أبسط مثال كما يسمى بالبارود الأسود الذي استخدم في الألعاب النارية و هو خليط من نترات البوتاسيوم و الفحم الحجري و الكبريت و تكون في هيئة أعواد تحترق لتكون قوة الدفع حتى يحترق العود كله.
الاحتراق يكون بأن الشرارة تنتشر في كتلة الدافع و تقوم بحرقها و تخرج الغازات نتيجة لهذا الاحتراق.
المحاسن:
أسهل في التخزين و أكثر أمانا من الدافع السائل لذا هي مثالية في الأغراض العسكرية كما في الICBM و أيضا البساطة و سهولة الاستخدام مثلا في حال الرغبة في الحصول على قوة دفع كبيرة فهي تستخدم في المراحل الأولى من مراحل انطلاق المكوك الفضائي
المساوئ:
جودتها منخفضة و نخسر كمية كبيرة من الوقود للحصول على كمية من الدفع يمكن أن نحصل على أكثر منها باستخدام الدافع السائل, أيضا صعوبة تصميم صواريخ كبيرة حيث سيكون الصاروخ بأكمله يمثل غرفة الاحتراق لإيصاله إلى الوجهة المرادة و في بعض الأحيان يتوقف عمل المحرك قبل استهلاك الوقود إذن فهي سيئة لقطع المسافات الطويلة, بالإضافة إلى مساوئ أخرى



-دافع صاروخ سائل Liquid Rocket Propellant
أكثر تعقيدا في الصنع و طريقة العمل من من السابق و يستخدم في معظم الأحيان الأكسجين السائل كعامل مؤكسد (العامل المؤكسد ليس بالضرورة أن يكون أكسجين) مع الوقود (كيروسين,هيدروجين سائل....) و أيضا هنالك نوع حديث و هو المحركات الأحادية و سنتطرق لها إن شاء الله.
طريقة الاحتراق تكون بأن يتم ضخ الوقود و العامل المؤكسد من خزانين مختلفين إلى غرفة الاحتراق حيث يمتزجان هناك و يتم الاحتراق لتتكون الغازات الدافعة.
المحاسن:
جودة و أداء أفضل من الدافع الصلب حيث نحصل على دفع عالي مقابل كمية بسيطة من الدافع و أيضا هو مناسب للمسافات البعيدة
المساوئ:
صعوبة تخزين العامل المؤكسد و التكلفة العالية للحفاظ عليه و في العادة تكون مواد كيميائية شديدة التفاعل و سامة و يصعب التعامل معها.


المحرك الصاروخي الصلب (يحتاج تحديث)

في السطور القليلة الآتية شرح لبعض مبادئ الوقود الصلب من ناحية الاحتراق و حساب معدله و طريقة إشعال الوقود الصلب

معدل احتراق الوقود: هو معدل انحسار الوقود نتيجة احتراقه بدءا من السطح الداخلي للتجويف الذي عند منتصف المادة الدافعة و هو مقياس هام جدا في تصميم محركات الصواريخ ذات الوقود الصلب و يعد احد خصائص الوقود الدافع و يرتبط بمعدل الاحتراق الخاص بالوقود و بمساحة سطح الاحتراق و بشكل قالب الوقود و يعرف الاختصاص الذي يدرس هذه الخصائص ب internal ballistics

عادة ما يقاس معدل الاحتراق ب . cm /sec, mm/sec, in/sec

يمكننا زيادة معدل الاحتراق بأسلوبين:

الاول: التحكم بتركيبة الوقود :

يمكننا زيادة معدل الاحتراق بالتحكم بخصائص الوقود الدافع كما يلي:

1- اضافة محفز احتراق للخليط و عادة ما تتراوح نسبتها (0.1 – 3)% او زيادة نسبة المحفز المتواجد في الخليط

2- تصغير حجم حبات المؤكسد

3- زيادة نسبة المؤكسد في الخليط

4- زيادة حرارة المادة الرابطة للمزيج و التي تجعل منه قالب متماسك

5- زرع اسلاك معدنية رفيعة بداخل قالب الوقود او اضافة مواد معدنية للخليط بنسب محددة

الثاني: التحكم بعملية الاحتراق و طيران الصاروخ حيث يزداد معدل الاحتراق بزيادة كل من :

1- ضغط حجرة الاحتراق

2- الحرارة الابتدائية للوقود الصلب قبل عملية الاشعال

3- حرارة الغازات العادمة الناتجة عن الاحتراق

4- سرعة تدفق الغازات العادمة الموازية لسطح الاحتراق 

5- حركة الصاروخ (التسارع و الدوران يسببان اجهادات على الوقود الدافع) ·

المصدر صفحة موسوعة علم الصواريخ في الفيسبوك (تم حذف الصفحة)

المصادر
Howstuffworks.com
Wikipedia.org
ملتقى المهندسين العرب