IL Motore A Razzo
Membri del gruppo
- Campagna Walter
- Guerrisi Fabrizio
- Paravati Luigi
- Russo Luca
Il motore a razzo, anche noto come endoreattore, è un motore a getto che si basa sul principio di azione
e reazione per produrre una spinta. Esso è alimentato sia di combustibile sia di comburente, capace di funzionare anche in
assenza di ossigeno atmosferico e di atmosfera.
Cenni storici
Il motore a razzo è una delle più antiche macchine termiche: veniva usato dagli Arabi come macchina da guerra fin
dal XIII secolo. Il perfezionamento tecnico ebbe invece un grande incremento nel nostro secolo, per favorirne le
imprese militari e le imprese spaziali.
Funzionamento
Il motore a razzo è costituito da una camera di combustione, all'interno della quale viene bruciato il
combustibile. I gas di combustione vengono convogliati all'esterno mediante una strettoia, detta ugello di Laval,
la quale trasforma una parte della loro energia termica disordinata in energia di movimento ordinato;
facendo in modo quindi che i gas a temperatura elevata escano dal motore parzialmente raffreddati e sotto
forma di getti gassosi ordinati in una determinata direzione. Per il principio della quantità di moto,
il motore si muove in direzione opposta. I vari tipi di motore differiscono tra loro per il tipo di propellente.
I vari tipi di propellente
Razzo a propellente SOLIDO: sono i più semplici e sono rivolti all'uso bellico perché il propellente si esaurisce in pochissimi minuti e
la combustione non è regolabile.
Razzo a propellente LIQUIDO: usato per i veicoli spaziali , in serbatoi affiancati o sovrapposti corredati
da pompe e valvole di regolazione che consentono variazioni di erogazione (e di spinta) e accensioni ripetute.
Razzo MONOPROPELLENTE: può essere liquido o gassoso, costituito da una sostanza (o una miscela di sostanze) che contiene il combustibile e il comburente
Razzo BIPROPELLENTE: che può essere liquido (combustibile e comburente in serbatoi separati) o solido
(i due componenti mescolati e solidificati in un blocco):
combustibile e comburente possono interagire esplosivamente mediante innesco, oppure semplicemente venendo a contatto.
Il terzo principio della dinamica
Da un punto di vista elementare il principio fisico che spiega il funzionamento del motore a razzo
è il terzo principio della dinamica. Una formulazione più raffinata di quest'ultimo conduce quindi alla legge di
conservazione della quantità di moto.
Il rendimento
Il rendimento di un motore a razzo è il rapporto tra la quantità di energia disordinata che l'ugello di Laval ha trasformato
in energia di movimento ordinato e l'energia totale del gas. Si tratta di un rendimento teorico e occorre anche
ricordare che il lavoro ottenuto con l'ugello di Laval non si trasforma tutto in energia cinetica del razzo; la maggior parte è infatti spesa
sottoforma di energia cinetica dei getti gassosi, i quali devono uscire ad altissima velocità e, pertanto, il rendimento effettivo del
motore è di gran lunga minore di quello calcolato. Di conseguenza non si potrà nemmeno calcolare con esattezza la
velocità che un razzo potrebbe raggiungere sia perchè non si conosce l'effettivo rendimento e la sua massa è
variabile, in quanto quest'ultima diminuisce con l'espulsione dei gas.
Esempi di motore a razzo
Motori aerei di tipo jet: In questi tipi di motore il combustibile viene bruciato con aria, che viene aspirata dall’atmosfera e
viene compressa tramite un compressore che la invia nella camera di combustione.
Qui insieme al carburante, venendo a contatto con l’aria compressa e calda si incendia spontaneamente.
I gas prodotti dalla combustione, uscendo, urtano contro le pale di una piccola turbina, collegata al compressore, mettendola in rotazione,
permettono il funzionamento del compressore stesso.
Razzi Interplanetari: Sono destinati a viaggiare fuori dall’atmosfera, e quindi non possono usare l’aria come comburente ma usano ossigeno liquido,
che viene iniettato direttamente nella camera di combustione insieme al combustibile.
Il motore non ha quindi bisogno né del compressore ne della turbina. La combustione dell’idrogeno e dell’ossigeno liquidi a contatto è spontanea,
con formazione di vapore acqueo e liberazione di energia.
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