Silnik rakietowy – silnik wykorzystujący energię odrzutu spalanych gazów lub uporządkowanej energii, przy czym zarówno paliwo rakietowe jak i utleniacz znajdują się w zbiornikach napędzanego urządzenia (tlen nie jest pobierany z atmosfery). Dzięki temu może pracować w dowolnych warunkach, np. w próżni kosmicznej i pod wodą. Stosowany najczęściej w rakietach i promach kosmicznych.

Podział silników

Wyróżnia się trzy typy silników rakietowych: na paliwo stałe, ciekłe oraz silniki hybrydowe.

Silniki na paliwo ciekłe

Najpopularniejsze i najwydajnejsze są silniki na paliwo ciekłe. W ich zbiornikach znajduje się utleniacz lub ciekły tlen oraz płynny reduktor. Rakiety kosmiczne wykorzystują do napędu mieszanki tlenu i wodoru. Tego typu silniki mają skomplikowaną budowę, a co za tym idzie są najdroższe. Do zalet tych konstrukcji należy możliwość kontrolowania ciągu poprzez odpowiednie wtryskiwanie paliwa do komory spalania.

Silniki na paliwo stałe

Tańsze, ale o gorszych parametrach są silniki na paliwo stałe. Mają dużo prostszą budowę, gdyż komora spalania jest w zasadzie komorą paliwową. Jako paliwo stosuje się mieszankę utleniacza z reduktorem w postaci stałej, które tworzy tzw. ziarno paliwa. Tego typu silniki dzielą się na dwa typy. Paliwo może w nich spalać się czołowo lub kanałowo. Mieszanka spalająca się czołowo pali sie od dyszy do górnej zatyczki, natomiast spalająca się kanałowo od środka ziarna (z kanałem przez całą długość) do ścian korpusu. Tego typu silniki stosowane są do wynoszenia wachadłowców na duża wysokość. Większość amatorskich modeli rakietowych również opiera się o tę technologię. Wadą takiego silnika jest brak możliwości kontroli ciągu, a nawet wyłączenia go przed wypaleniem całości paliwa.
Pierwsze konstrukcje oparte o proch czarny zostały wymyślone w Chinach. Możliwe jest zrobienie takiego silnika w pratycznie dowolnym wymiarze (od potężnych silników pomocniczych wachadłowców po kilkucentymetrowe konstrukcje modelarzy rakietowych).

Silniki hybrydowe

Silniki hybrydowe najczęściej posiadają stały reduktor i ciekły utleniacz (np. podtlenek azotu). Taki silnik został wykorzystany w samolocie kosmicznym SpaceShipOne (który jako pierwsza prywatna konstukcja znalazł się w kosmosie).

Parametry silników

Silnik rakietowy charekteryzuje się trzema podstawowymi parametrami: ciągiem, czasem pracy i wartością impulsu właściwego.

Ciąg

Ciąg oznaczamy literą P. Jest to oddziaływanie wykonywane przez gazy opuszczające silnik przez dysze skierowane przeciwnie do oczekiwanego kierunku lotu rakiety. Aby rakieta mogła się wznieść, ciąg musi być większy od jej ciężaru startowego (masy pomnożonej przez przyspieszenie ziemskie). Znając impuls właściwy paliwa możemy obliczyć wartość ciągu silnika korzystając ze wzoru:
\[P={I_{w}\cdot Q \over t} \]

Gdzie \[P \] to ciąg, \[I_{w} \] to impuls właściwy paliwa, \[Q \] to ciężar paliwa i \[t \] to czas pracy silnika.

Czas pracy

Czas pracy silnika rakietowego oznaczamy literą t. Znając ten parametr możemy określić silnik jako startowy lub marszowy.

Impuls całkowity

Impuls całkowity jest w istocie ilością energii danego silnika rakietowego. Jest oznaczany jako \[I_{c} \], a jego jednostką jest Ns (niutonosekunda). Aby go obliczyć musimy znać ciąg silnika i czas jego pracy:
\[I_{c}=P \cdot t \]

Przykładowo, silnik o ciągu 200 N pracujący przez 3 sekundy ma impuls całkowity równy 600 Ns. Warto zauważyć, że silnik o ciągu 100 N pracujący 6 sekund rownież ma 600 Ns.

Typy pracy silnika

Wyróżniamy dwa typy pracy silników rakietowych.

Marszowy

Silnik pracujący marszowo nadaje rakiecie stosunkowo niewielkie przyspieszenie (ze względu na niski ciąg). Działa jednak długo. Ma za zadanie stopniowo nadawać prędkość rakiecie lub nawet utrzymać tylko ją na stałym poziomie. Wartość ciągu takiego silnika jest niewiele większa od ciężaru rakety.

Startowy

Silnik startowy pracuje przez krótki okres czasu nadając rakiecie bardzo duże przyspieszenie. Tak rozpędzona konstrukcja może przelecieć dużą odległość nawet po zakończeniu lotu silnikowego.
Czasem stosuje się w rakietach oba typy silników, Najczęściej silniki startowe po skończeniu pracy zostają odrzucone od rakiety, która kontynuuje lot z wykorzystaniem silnika marszowego. Takie rozwiązanie jest stosowane przy wynoszeniu na orbite wachadłowców.
Publikacja wraz ze zdjęciami jest udostępniona w Encyklopedii "Zgapedia" części portalu zgapa.pl. Treść objęta jest licencją GNU FDL Wolnej Dokumentacji w wersji 1.3 lub dowolnej pózniejszej opublikowanej przez Free Software Foundation i została ona opracowana na podstawie Wikipedii, tutaj możesz znaleźć artykuł źródłowy oraz autorów. Warunki użytkowania Encyklopedii znajdziesz na tej stronie.
Prezentowane filmy poczhodzą z serwisu YouTube, portal zgapa.pl nie jest ich autorem i nie ponosi odpowiedzialności za ich treści.