הנעה רקטית רב-שלבית – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף

בשורה

גרסה אחרונה מ־06:38, 12 ביוני 2024

משגר הלוויינים GSLV בעל הנעה רקטית תלת־שלבית ומאיצים

הנעה רקטית רב־שלבית (באנגלית: Multistage rocket) היא טכנולוגיה המשתמשת במספר מנועים רקטיים על מנת להניע מערכת למסלול כלשהו. תהליך ההנעה מחולק לשלבים, כאשר כל שלב כולל הפעלה של מנוע רקטי (או מספר מנועים) הפועל באופן עצמאי. השלבים מוצבים בזה אחר זה. לעיתים ניתן השם "שלב 0" לרקטות האצה המוצבות זו לצד זו ופועלות כחלק מאותו שלב ומסייעות לתאוצה ההתחלתית.

על פי נוסחת ציאולקובסקי, השימוש בהנעה רב־שלבית מאפשר להגיע למהירות גבוהה יותר ולגובה רב יותר מאשר בשימוש בהנעה בשלב בודד גדול יותר. חלק מרקטות הקרקע־קרקע^[1] והטילים מונעים בהנעה רב־שלבית וכל משגרי הלוויינים והחלליות מונעים בהנעה רב־שלבית.

מערכות בעלות הנעה דו־שלבית ותלת־שלבית הן הנפוצות ביותר, אך גם מערכות עם 5 שלבים שוגרו בהצלחה.

מודל פיזיקלי מפושט[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאשר:

$m_{0}$ – מסה כוללת של הרקטה
$m_{l}$ – מסת המטען המועיל
$m_{p}$ – מסת החומר ההודף
$m_{f}=m_{o}-m_{p}$ – מסה מנוע ללא הודף או לאחר גמר בעירה (dry)
$m_{s}$ – מסת המשגר

נסמן יחס המסות:

$R={\frac {m_{0}}{m_{f}}}={\frac {1+\lambda }{\epsilon +\lambda }}$
$\epsilon ={\frac {m_{\mathrm {E} }}{m_{\mathrm {E} }+m_{\mathrm {p} }}}$
$\lambda ={\frac {m_{\mathrm {l} }}{m_{\mathrm {E} }+m_{\mathrm {p} }}}$

בהזנחת גרר, ותאוצת כובד קבועה, הרקטה תגיע למהירות מקסימלית: $V_{max}=I_{sp}\cdot g_{0}\cdot R-g_{0}\cdot t_{b}$

ולגובה מקסימלי: $H_{max}=I_{sp}\cdot g_{0}\cdot t_{b}\cdot (1-{\frac {\ln R}{R-1}})-0.5\cdot g_{0}\cdot t_{b}^{2}\cdot \sin \theta$

כאשר:

$I_{sp}$ – מתקף סגולי
$t_{b}$ – זמן בעירה
$g_{0}$ – כוח כבידה
$\theta$ – זווית השיגור יחסית לקרקע

ביצוע[עריכת קוד מקור | עריכה]

הסיבה המרכזית להעדפת הנעה רב־שלבית על פני מערכת רקטית יחידה היא שבהנעה רב־שלבית ניתן להגיע למהירויות גדולות יותר, זאת משום שהיפרדות משלבים שאינם נדרשים יותר לטיל, מורידה את מסתו ומקלה עליו. הדחף של השלב השני או השלישי, לדוגמה, מספק תאוצה גדולה יותר מהדחף שיספק מנוע גדול יותר בעל שלב בודד.

החיסרון המרכזי של שימוש בהנעה רב־שלבית הוא שהשימוש במספר מנועים רב מעלה את ההסתברות לתקלה בזמן היפרדות השלבים או בהצתת המנועים. בזמן ההפרדה נעשה לפעמים שימוש בברגים פירוטכניים נפיצים, על מנת לקטוע את החיבור בין השלב לשאר הטיל. גם הטבעת המחברת ביניהם מעוצבת באופן שמאפשר הפרדה יעילה בין הטיל לשלב שהופרד.

מבנה הנעה רב־שלבית[עריכת קוד מקור | עריכה]

סידור המנועים בהנעה רב־שלבית מתוכנן באופן מותאם לדרישות תפקיד המנוע ולתנאי הסביבה בזמן פעולתו. לרוב, השלב הראשון, המותקן בתחתית המערכת, הוא הרחב ביותר ובעל המנועים הגדולים ביותר, היות שהוא נדרש לשאת משקל רב יותר – את עצמו ואת השלבים שמעליו. השלב הראשון מיועד לטוס בתוך האטמוספירה. מעליו, השלבים העליונים, להם מנועים קטנים יותר שנועדים לרוב לפעול בריק.

דוגמאות למשגרים רב שלביים[עריכת קוד מקור | עריכה]

משגרים דו־שלביים

משגרים תלת־שלביים

משגרים ארבע־שלביים

PSLV
פרוטון (יכול להיות גם תלת־שלבי, תלוי במשימה)

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הנעה רקטית רב-שלבית, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

^ הצגה של רקטה מונעת בהנעה דו־שלבית – פג'ר 5

[1] הצגה של רקטה מונעת בהנעה דו־שלבית – פג'ר 5

[1]

@@ שורה 1: / שורה 1: @@
+{{מקורות|נושא=מדע וטכנולוגיה|רמה=מחפש}}
-'''הנעה רקטית רב שלבית''' (באנגלית: '''Multistage rocket''') היא טכנולוגיה המשתמש ביותר במספר [[מנוע רקטי|מנועים רקטיים]] על מנת להניע מערכת. תהליך ההנעה מחולק לשלבים, כאשר כל '''שלב''' כולל הפעלה של [[מנוע רקטי]] יחיד הפועל באופן עצמאי. השלבים מוצבים בזה אחר זה. לעתים ניתן השם "שלב 0" ל[[רקטת האצה|רקטות האצה]] המוצבות זו לצד זו ופועלות כחלק מאותו שלב ומסייעות לתאוצה ההתחלתית.
+[[קובץ:Gslv27d.jpg|שמאל|ממוזער|250px|משגר הלוויינים [[GSLV]] בעל הנעה רקטית תלת־שלבית ומאיצים]]
+'''הנעה רקטית רב־שלבית''' (ב[[אנגלית]]: '''Multistage rocket''') היא טכנולוגיה המשתמשת במספר [[מנוע רקטי|מנועים רקטיים]] על מנת להניע מערכת ל[[מסלול (פיזיקה)|מסלול]] כלשהו. תהליך ההנעה מחולק לשלבים, כאשר כל שלב כולל הפעלה של מנוע רקטי (או מספר מנועים) הפועל באופן עצמאי. השלבים מוצבים בזה אחר זה. לעיתים ניתן השם "שלב 0" ל[[רקטת האצה|רקטות האצה]] המוצבות זו לצד זו ופועלות כחלק מאותו שלב ומסייעות לתאוצה ההתחלתית.
-על פי [[נוסחת ציאולקובסקי]], השימוש בהנעה רב־שלבית מאפשר להגיע למהירות גבוהה יותר ולגובה רב יותר מאשר בשימוש בהנעה בשלב בודד גדול יותר. חלק מן ה[[רקטת קרקע-קרקע|רקטות קרקע-קרקע]]{{הערה|[http://www.farsnews.com/newstext.php?nn=13910828001062 הצגה של רקטה מונעת בהנעה דו-שלבית] - [[פג'ר 5]]}} וה[[טיל]]ים מונעים בהנעה  רב־שלבית וכל [[משגר לוויינים וחלליות|משגרי הלוויינים והחלליות]] הם מונעים בהנעה רב־שלבית.
+על פי [[נוסחת ציאולקובסקי]], השימוש בהנעה רב־שלבית מאפשר להגיע למהירות גבוהה יותר ולגובה רב יותר מאשר בשימוש בהנעה בשלב בודד גדול יותר. חלק מ[[רקטת קרקע-קרקע|רקטות הקרקע־קרקע]]{{הערה|[http://www.farsnews.ir/newstext.php?nn=13910828001062 הצגה של רקטה מונעת בהנעה דו־שלבית] – [[פג'ר 5]]}} וה[[טיל]]ים מונעים בהנעה רב־שלבית וכל [[משגר לוויינים וחלליות|משגרי הלוויינים והחלליות]] מונעים בהנעה רב־שלבית.
-הנעה רקטית בה שני שלבים מכונה "'''הנעה דו־שלבית'''"; בעל שלושה שלבים מכונה "'''הנעה תלת־שלבית'''". מערכות בעלי הנעה דו־שלבית ותלת־שלבית הם הנפוצים ביותר, עם זאת שוגרו בהצלחה גם מערכות בעלי עד 5 שלבים.
+מערכות בעלות הנעה דו־שלבית ותלת־שלבית הן הנפוצות ביותר, אך גם מערכות עם 5 שלבים שוגרו בהצלחה.
+==מודל פיזיקלי מפושט==
+כאשר:
+*<math>m_0</math> – מסה כוללת של הרקטה
+*<math>m_l</math> – מסת המטען המועיל
+*<math>m_p</math> – מסת החומר ההודף
+*<math>m_f=m_o-m_p</math> – מסה מנוע ללא הודף או לאחר גמר [[בעירה]] (dry)
+*<math>m_s</math> – מסת המשגר
+נסמן יחס המסות:
+*<math>R=\frac {m_0}{m_f} = \frac {1+ \lambda}{\epsilon + \lambda}</math>
+*<math> \epsilon = \frac{m_\mathrm{E}}{m_\mathrm{E}+m_\mathrm{p}} </math>
+*<math> \lambda = \frac{m_\mathrm{l}}{m_\mathrm{E} + m_\mathrm{p}} </math>
+בהזנחת [[גרר (כוח)|גרר]], ותאוצת כובד קבועה, הרקטה תגיע למהירות מקסימלית:
+<math>V_{max} = I_{sp} \cdot g_0\cdot R-g_0\cdot t_b</math>
+ולגובה מקסימלי:
+<math>H_{max}=I_{sp}\cdot g_0\cdot t_b\cdot(1 - \frac {\ln R} {R -1})-0.5\cdot g_0\cdot t_b^2\cdot\sin \theta</math>
+כאשר:
+*<math> I_{sp}</math> – [[מתקף סגולי]]
+*<math> t_{b}</math> – זמן בעירה
+*<math> g_{0}</math> – [[כוח כבידה]]
+*<math> \theta</math> – זווית השיגור יחסית לקרקע
 ==ביצוע==
-הסיבה המרכזית להעדפת הנעה רב־שלבית על פני מנוע רקטי בודד (שלב אחד) היא שבהנעה רב־שלבית ניתן להגיע למהירויות גדולות יותר, זאת משום שהיפרדות משלבים שאינם נדרשים יותר לטיל מורידה את [[מסה|מסתו]] ומקלה עליו. הדחף של השלב השני או השלישי, לדוגמה, מספק תאוצה גדולה יותר מהדחף שיספק מנוע גדול יותר בעל שלב בודד.
+הסיבה המרכזית להעדפת הנעה רב־שלבית על פני מערכת רקטית יחידה היא שבהנעה רב־שלבית ניתן להגיע למהירויות גדולות יותר, זאת משום שהיפרדות משלבים שאינם נדרשים יותר לטיל, מורידה את [[מסה|מסתו]] ומקלה עליו. הדחף של השלב השני או השלישי, לדוגמה, מספק [[תאוצה]] גדולה יותר מהדחף שיספק מנוע גדול יותר בעל שלב בודד.
 החיסרון המרכזי של שימוש בהנעה רב־שלבית הוא שהשימוש במספר מנועים רב מעלה את ההסתברות לתקלה בזמן היפרדות השלבים או בהצתת המנועים. בזמן ההפרדה נעשה לפעמים שימוש בברגים [[פירוטכניקה|פירוטכניים]] נפיצים, על מנת לקטוע את החיבור בין השלב לשאר הטיל. גם הטבעת המחברת ביניהם מעוצבת באופן שמאפשר הפרדה יעילה בין הטיל לשלב שהופרד.
 ===מבנה הנעה רב־שלבית===
-סידור המנועים בהנעה הרב־שלבי כוללת "שלב" ראשון המונח בתחתית המערכת, שלרוב הוא הרחב ביותר ובעל המנועים הגדולים ביותר, היות שהוא נדרש לשאת משקל רב יותר - את עצמו ואת השלבים שמעליו. השלב הראשון מיועד לטוס בתוך [[אטמוספירת כדור הארץ|האטמוספירה]]. מעל השלב הראשון נמצאים השלבים העליונים שהם, לרוב, מנועים קטנים בגודלם ונועדים לפעול ב[[ריק]]. כל שלב מתוכנן באופן מותאם לדרישות תפקידו ולתנאי הסביבה בזמן פעולתו.
+סידור המנועים בהנעה רב־שלבית מתוכנן באופן מותאם לדרישות תפקיד המנוע ולתנאי הסביבה בזמן פעולתו. לרוב, השלב הראשון, המותקן בתחתית המערכת, הוא הרחב ביותר ובעל המנועים הגדולים ביותר, היות שהוא נדרש לשאת משקל רב יותר – את עצמו ואת השלבים שמעליו. השלב הראשון מיועד לטוס בתוך [[אטמוספירת כדור הארץ|האטמוספירה]]. מעליו, השלבים העליונים, להם מנועים קטנים יותר שנועדים לרוב לפעול ב[[ריק]].
-==דוגמאות==
+==דוגמאות למשגרים רב שלביים==
-===משגרים דו־שלביים===
+;משגרים דו־שלביים
 * [[סטורן IB]]
 * [[פאלקון 1]]
 * [[פאלקון 9]]
 * [[דלתא 3]]
-===משגרים תלת־שלביים===
+;משגרים תלת־שלביים
 * [[סטורן 5]]
 * [[GSLV]]
@@ שורה 25: / שורה 53: @@
 * [[אריאן 4]]
-===משגרים ארבע־שלביים===
+;משגרים ארבע־שלביים
 * [[PSLV]]
 * [[פרוטון (משגר לוויינים)|פרוטון]] (יכול להיות גם תלת־שלבי, תלוי במשימה)
+==קישורים חיצוניים==
+* {{בריטניקה}}
 ==הערות שוליים==
 {{הערות שוליים}}
+{{בקרת זהויות}}
-[[קטגוריה:מנוע רקטי]]
+[[קטגוריה:מנועים רקטיים]]

	ערך מחפש מקורות
	רובו של ערך זה אינו כולל מקורות או הערות שוליים, וככל הנראה, הקיימים אינם מספקים. אנא עזרו לשפר את אמינות הערך באמצעות הבאת מקורות לדברים ושילובם בגוף הערך בצורת קישורים חיצוניים והערות שוליים. אם אתם סבורים כי ניתן להסיר את התבנית, ניתן לציין זאת בדף השיחה.