ロケットエンジン
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ロケットエンジンとは推進剤を噴射する事によってその反動で推力を得るエンジンである。ニュートンの第3法則に基づく。
[編集] 作動原理
大半のロケット(化学ロケット)エンジンは高温でガスを噴射する事によってその反動で推進力を得る。燃焼室の化学反応で得られた圧力はノズルによって速度に変換され、高速で後方に噴射される。電気推進の場合は電気的な効果により推進剤を加速するため、ノズルを備えないものもある。
化学ロケットとジェットエンジンとの違いは、ジェットエンジンが外部の空気を吸入・圧縮して燃料と混合し燃焼するのに対して、化学ロケットエンジンはあらかじめ搭載している酸化剤を燃料と混合燃焼させる点がある。このため真空の宇宙や大気圧の小さい高高度、水中などでも使用可能である反面、長時間の連続使用には不向きである。損耗が激しい事や宇宙飛行・兵器利用など回収の難しい用途が多い事から、スペースシャトル用のSSMEなどを除いて多くは使い捨て方式である。
化学ロケットの場合、推力はガスの噴出速度と燃焼圧力、外部圧力の比によって決定される。大気中においては大気圧が存在するため、圧力項のファクターが大きく、相対的に高い燃焼圧力が要求される。真空中になると外部圧力がないため圧力項が無視され、代わって噴出速度が重視されるようになる。
ロケットの効率を示す指標として比推力がある。これはガスの噴出速度を重力加速度で除算したもので、質量1kgの推進剤で1Nの推力をどれだけの時間持続できるかという意味を持つ。燃費と異なり、数値が大きいほど効率が良い。電気推進では比推力を重視しているため、推力が極端に小さい代わりに比推力が化学ロケットよりもはるかに大きい。
化学ロケットには固体燃料ロケット、液体燃料ロケット、ハイブリッドロケット等がある。固体燃料ロケットは構造が単純で小型化しやすく保存も容易だが、一度燃焼を始めると制御が難しいため、小型のミサイルなどに用いられる。液体燃料ロケットは制御は固体燃料ロケットに比べて容易いが、燃料の保存、打ち上げプロセスが複雑である。ハイブリッドロケットは両者の利点を併せ持つものとして研究されている。他に秋水に使用された過酸化水素の分解を利用したヴァルター機関もある。
[編集] 参考
- NERVA - NASA's Nuclear Energy for Rocket Vehicle Applications, a US nuclear thermal rocket programme
- Project Prometheus - NASA development of nuclear propulsion for long-duration spaceflight, begun in 2003
[編集] リンク
- Designing for rocket engine life expectancy
- Rocket Engine performance analysis with Plume Spectrometry
- Rocket Engine Thrust Chamber technical article
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