animacja ruchu rakiety podczas wektorowania ciągu poprzez uruchomienie dyszy

grafitowe łopatki wydechowe na dyszy silnika rakietowego V-2

wektor ciągu dyszy rakietowej przechodzi przez środek masy pojazdu, generując zerowy moment netto wokół środka masy. Możliwe jest generowanie momentów skoku i odchylenia poprzez odchylenie głównego wektora ciągu rakiety tak, aby nie przechodziła przez środek masy. Ponieważ linia działania jest na ogół zorientowana prawie równolegle do osi toczenia, sterowanie toczeniem zwykle wymaga użycia dwóch lub więcej oddzielnie zawiasowych dysz lub oddzielnego systemu, takiego jak płetwy lub łopatki w pióropuszu silnika rakietowego, odchylając główny ciąg. Sterowanie wektorem ciągu (TVC) jest możliwe tylko wtedy, gdy układ napędowy tworzy ciąg; do sterowania położeniem i torem lotu na innych etapach lotu wymagane są oddzielne mechanizmy.

wektorowanie ciągu można uzyskać za pomocą czterech podstawowych środków:

• Silnik(y) Gimbalowany(y) lub dysza (y)
• reaktywny Wtrysk płynu
• pomocnicze Silniki strumieniowe „Vernier”
• łopatki wydechowe, znane również jako łopatki odrzutowe

Wektorowanie ciągu dla wielu rakiet płynnych osiąga się przez gimbalowanie całego silnika. Polega to na przesuwaniu całej komory spalania i zewnętrznego dzwonu silnika, tak jak w bliźniaczych silnikach pierwszego stopnia Titan II, a nawet całego zespołu silnika, w tym powiązanych pomp paliwa i utleniacza. Saturn V i prom kosmiczny używały silników kardanowych.

późniejsza metoda opracowana dla pocisków balistycznych na paliwo stałe osiąga wektor ciągu poprzez odchylenie tylko dyszy rakiety za pomocą siłowników elektrycznych lub siłowników hydraulicznych. Dysza jest przymocowana do pocisku za pomocą przegubu kulowego z otworem w środku lub elastycznego uszczelnienia wykonanego z materiału odpornego termicznie, który zazwyczaj wymaga większego momentu obrotowego i wyższego układu uruchamiania mocy. Systemy Trident C4 i D5 są sterowane za pomocą hydraulicznie uruchamianej dyszy. W STS SRB zastosowano dysze przegubowe.

Wtrysk Pędnyedytuj

inną metodą wektorowania ciągu stosowaną w rakietach balistycznych na paliwo stałe jest Wtrysk cieczy, w którym dysza rakiety jest zamocowana, ale płyn jest wprowadzany do przepływu spalin z wtryskiwaczy zamontowanych wokół rufowego końca pocisku. Jeśli ciecz jest wstrzykiwana tylko po jednej stronie pocisku, modyfikuje on tę stronę pióropusza wydechowego, co powoduje inny nacisk po tej stronie i asymetryczną siłę netto pocisku. Był to system sterowania używany w Minuteman II i wczesnych SLBM Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych.

thrustersEdit

efekt podobny do wektorowania ciągu może być wytwarzany z wieloma silnikami strumieniowymi, małymi pomocniczymi komorami spalania, które nie mają własnych turbopump i mogą obracać się na jednej osi. Były one używane w rakietach Atlas i R – 7 i nadal są używane w rakiecie Sojuz, która jest potomkiem R-7, ale rzadko są używane w nowych konstrukcjach ze względu na ich złożoność i wagę. Różnią się one od silników Reaction control system, które są stałymi i niezależnymi silnikami rakietowymi używanymi do manewrowania w przestrzeni kosmicznej.

łopatki Wydechoweedit

jedną z najwcześniejszych metod wektorowania ciągu w silnikach rakietowych było umieszczenie łopat w strumieniu wydechowym silnika. Te łopatki wydechowe lub łopatki odrzutowe umożliwiają odchylanie ciągu bez poruszania żadnymi częściami silnika, ale zmniejszają wydajność rakiety. Mają tę zaletę, że umożliwiają kontrolę rolki tylko za pomocą jednego silnika,którego nie ma w dyszy. V-2 używał grafitowych łopatek wydechowych i łopatek aerodynamicznych, podobnie jak Redstone, wywodzący się z V-2. Rakiety Sapphire i Nexo z amatorskiej grupy Copenhagen Suborbitals stanowią nowoczesny przykład łopatek odrzutowych. Łopatki strumieniowe muszą być wykonane z materiału ogniotrwałego lub aktywnie chłodzone, aby zapobiec ich topieniu. Sapphire użył łopatek z litej miedzi dla wysokiej pojemności cieplnej miedzi i przewodności cieplnej, a Nexo użył grafitu ze względu na wysoką temperaturę topnienia, ale o ile nie jest aktywnie chłodzony, łopatki strumieniowe ulegną znacznej erozji. To, w połączeniu z nieefektywnością łopatek odrzutowych, w większości wyklucza ich zastosowanie w nowych rakietach.

pociski Taktyczneedytuj

niektóre mniejsze atmosferyczne pociski taktyczne, takie jak AIM-9X Sidewinder, unikają powierzchni sterowania lotem i zamiast tego używają mechanicznych łopatek do odchylania spalin silnika na jedną stronę.

wektorowanie ciągu jest sposobem na zmniejszenie minimalnego zasięgu pocisku, przed którym nie może osiągnąć prędkości wystarczająco dużej, aby jego małe powierzchnie aerodynamiczne mogły zapewnić skuteczne manewrowanie. Na przykład pociski przeciwpancerne, takie jak ERYX i PARS 3 LR, wykorzystują z tego powodu wektorowanie ciągu.

kilka innych pocisków wykorzystujących wektorowanie ciągu:

• 9m330
• Strix mortar round używa dwunastu bocznych rakiet Strix do korekcji kursu terminala
• AAD używa łopatek jet
• QRSAM używa łopatek jet
• MPATGM używa łopatek Jet
• Barak 8 używa łopatek jet
• a-Darter używa łopatek jet
• ASRAAM używa łopatek jet
• /li>
• R-73 (pocisk rakietowy) używa łopatek odrzutowych
• HQ-9 używa łopatek odrzutowych
• PL-10 (ASR) używa łopatek odrzutowych
• Mika (pocisk rakietowy) używa łopatek odrzutowych
• Pars 3 LR wykorzystuje łopatek odrzutowych
• rodzina rakiet Aster łączy kontrolę aerodynamiczną i bezpośredni wektor ciągu sterowanie o nazwie „PIF-PAF”
• AIM-9X wykorzystuje cztery łopatki odrzutowe wewnątrz wydechu, które poruszają się w miarę poruszania się płetw.
• 9M96E wykorzystuje gazowo-dynamiczny system sterowania umożliwiający manewr na wysokościach do 35 km przy sile ponad 20g, co pozwala na odpalanie niestrategicznych pocisków balistycznych.
• 9k720 Iskander jest sterowany podczas całego lotu za pomocą gazowo-dynamicznych i aerodynamicznych powierzchni sterowych.

AircraftEdit

większość obecnie eksploatowanych samolotów wektorowych wykorzystuje turbofany z obrotowymi dyszami lub łopatkami do odchylania strumienia spalin. Ta metoda może z powodzeniem odchylić pchnięcie nawet o 90 stopni w stosunku do linii środkowej samolotu. Silnik musi być jednak przystosowany do podnoszenia pionowego, a nie do normalnego lotu, co skutkuje karą wagową. Dopalanie (lub spalanie w komorze Plenum, PCB, w strumieniu obejścia) jest trudne do włączenia i jest niepraktyczne w przypadku wektorowania ciągu startu i lądowania, ponieważ bardzo gorący wydech może uszkodzić powierzchnie Drogi Startowej. Bez dopalania trudno jest osiągnąć prędkość lotu naddźwiękowego. Silnik PCB, Bristol Siddeley BS100, został anulowany w 1965 roku.

ciąg wektorowy samolotu Tiltrotor poprzez obracające się gondole z silnikiem turbośmigłowym. Złożoność mechaniczna tej konstrukcji jest dość kłopotliwa, w tym skręcanie elastycznych elementów wewnętrznych i przenoszenie mocy wału napędowego między silnikami. Większość obecnych konstrukcji tiltrotora posiada dwa wirniki w konfiguracji obok siebie. Jeśli taka jednostka jest latana w sposób, w którym wchodzi w stan pierścienia wirowego, jeden z wirników zawsze wejdzie nieco przed drugim, powodując, że samolot wykonuje drastyczną i nieplanowaną rolkę.

przed I wojną światową Brytyjski sterowiec Delta, wyposażony w obrotowe śmigła

Wektorowanie ciągu jest również stosowane jako mechanizm sterowy dla sterowców. Wczesnym zastosowaniem był brytyjski sterowiec Delta Army, który po raz pierwszy poleciał w 1912 roku. Został później użyty na HMA (His Majesty ’ s Airship) no. 9r, brytyjskim sztywnym sterowcu, który po raz pierwszy przeleciał w 1916 roku i bliźniaczym amerykańskim z lat 30. Okręty US Navy o nazwie USS „Akron” i USS „Macon”, które były używane jako lotniskowce, a podobna forma wektorowania ciągu jest dziś szczególnie cenna dla sterowania nowoczesnymi niesztywnymi statkami powietrznymi. W tym użyciu większość obciążenia jest zwykle wspierana przez Wyporność, a wektorowy ciąg służy do sterowania ruchem samolotu. Pierwszym sterowcem, który używał systemu sterowania opartego na powietrzu pod ciśnieniem, był Omnia Dir Enrico Forlaniniego w latach 30. XX wieku.

projekt odrzutowca z wektorowaniem ciągu został przekazany w 1949 roku brytyjskiemu Ministerstwu Lotnictwa przez Percy ’ ego Walwyna; Rysunki walwyna są przechowywane w National Aerospace Library w Farnborough. Oficjalne zainteresowanie zostało ograniczone, gdy zdano sobie sprawę, że projektant jest pacjentem w szpitalu psychiatrycznym.

obecnie badane, Fluidic Thrust Vectoring (FTV) przekierowuje ciąg poprzez wtórne zastrzyki fluidalne. Testy wykazały, że powietrze wpychane do strumienia spalin silnika odrzutowego może odchylać ciąg do 15 stopni. Takie dysze są pożądane ze względu na ich mniejszą masę i koszt (do 50% mniej), bezwładność (dla szybszej, silniejszej reakcji sterowania), złożoność (prostsza mechanicznie, mniejsza lub mniejsza liczba ruchomych części lub powierzchni, mniejsza konserwacja) i przekrój radaru dla stealth. Prawdopodobnie będzie to używane w wielu bezzałogowych statkach powietrznych (UAV) i samolotach myśliwskich szóstej generacji.