추진제

Propellant

추진제(또는 추진제)는 뉴턴의 운동 제3법칙에 따라 추력이나 다른 추진력을 만들어내고 차량, 발사체 또는 유체 탑재물을 "추진"하는 방식으로 배출되거나 팽창되는 질량이다.자동차에서 추진제를 방출하는 엔진을 반응 엔진이라고 합니다.기술적으로 추진제는 추력을 만드는 데 사용되는 반응 질량이지만, "추진제"라는 용어는 반응 질량과 반응 질량을 가속하는 데 사용되는 에너지를 유지하는 연료를 모두 포함하는 물질을 설명하기 위해 종종 사용된다.예를 들어, "추진제"라는 용어는 복합 연료/추진제를 설명하기 위해 화학 로켓 설계에서 종종 사용된다. 단, 추진제는 추진제를 배출하는 에너지를 생성하기 위해 엔진에 의해 사용되는 연료와 혼동해서는 안 된다.연료로 사용되는 물질의 부산물은 화학 로켓 엔진과 같이 추력을 생성하기 위한 반응 질량으로도 종종 사용되지만, 추진제와 연료는 두 가지 다른 개념입니다.

차량은 추진제를 사용하여 추진제를 뒤로 배출하여 이동할 수 있으며, 이는 차량을 전진시키는 반대 힘을 생성합니다.발사체는 추진력을 제공하는 가스를 팽창시키는 추진제를 사용할 수 있습니다.에어로졸 캔은 밸브를 풀어 추진체가 빠져나갈 수 있도록 압축된 액체인 추진제를 사용하며, 압축에 의해 축적된 에너지가 추진체를 캔 밖으로 이동시키고 추진체가 추진체와 함께 에어로졸 페이로드를 밀어낸다.압축된 유체는 단순한 차량 추진체로 사용될 수도 있으며, 압축된 유체에 저장된 위치 에너지는 추진체로 사용될 수 있습니다.유체에 저장된 에너지는 압축 공기와 같이 유체가 압축될 때 시스템에 추가됩니다.공기를 압축하는 데 사용되는 펌프나 열 시스템에 가해지는 에너지는 추진제가 빠져나갈 때까지 저장된다.압축유체는 또한 압축공기에 저장된 에너지가 연료이고 물이 추진제인 물 로켓과 같은 추진제로서 다른 물질과 함께 에너지 저장용으로만 사용될 수 있다.

전기로 움직이는 우주선에서 전기는 추진제를 가속시키기 위해 사용된다.정전력을 이용하여 양이온을 배출하거나 로렌츠력을 이용하여 추진제로서의 음이온 및 전자를 배출해도 된다.전기열 엔진은 전자기력을 사용하여 저분자량 가스(예: 수소, 헬륨, 암모니아)를 플라즈마로 가열하고 플라즈마를 추진제로 배출합니다.레지스토제트 로켓 엔진의 경우, 압축 추진제는 더 많은 추력을 만들기 위해 배출되기 때문에 저항 가열로 간단히 가열된다.

화학 로켓과 항공기에서 연료는 노즐을 통해 유도될 수 있는 에너지 가스를 생성하기 위해 사용되어 추력을 생성합니다.로켓에서는 로켓 연료를 태우면 배기가스가 발생하며, 배출된 물질은 보통 노즐을 통해 가압된 추진제로서 배출된다.배기 물질은 기체, 액체, 플라즈마 또는 고체일 수 있습니다.제트 같은 프로펠러가 없는 동력 항공기에서 추진제는 일반적으로 대기 중 산소로 연료를 연소시켜 결과적으로 발생하는 추진제 제품이 차량에 실리는 연료보다 더 많은 질량을 가지도록 합니다.

제안된 광자 로켓은 추력을 생성하기 위해 광자의 상대론적 운동량을 사용할 것이다.광자는 질량을 가지고 있지 않지만 상대론적 속도, 즉 빛의 속도로 움직이기 때문에 추진제 역할을 할 수 있습니다.이 경우 뉴턴의 제3운동법칙은 관련된 물리학을 모형화하기에 불충분하고 상대론적 물리학을 사용해야 한다.

화학로켓에서 화학반응은 추진제로서 화학반응의 생성물을 배출하는 데 사용되는 유체의 움직임을 만드는 에너지를 생산하기 위해 사용된다.예를 들어 단순 수소/산소 엔진에서는 수소를 연소(산화)하여 H2O를 생성하고 화학 반응에서 얻은 에너지를 물(증기)을 배출하여 추력을 제공한다.종종 화학 로켓 엔진에서는 더 많은 반응 질량을 제공하기 위해 더 높은 분자 질량 물질이 연료에 포함됩니다.

로켓 추진제는 팽창 노즐을 통해 차가운 기체로 배출될 수 있다. 즉, 에너지 혼합 및 연소 없이 보통 기동 추진기로서 차가운 가스 추진기를 사용함으로써 우주선에 작은 속도 변화를 제공할 수 있다.

저장에 유용한 밀도를 얻기 위해 대부분의 추진제는 고체 또는 액체 형태로 저장됩니다.

차량 추진제

주요 기사:로켓 추진체 및 제트 추진체

로켓 추진제는 뉴턴의 운동 제3법칙에 따라 추진력을 만들고 차량을 앞으로 "추진"하는 방식으로 로켓과 같은 차량에서 배출되는 질량이다.추진체를 배출하는 엔진을 반응 엔진이라고 한다."추진제"라는 용어는 복합 연료/추진제를 설명하기 위해 화학 로켓 설계에 자주 사용되지만, 추진제는 추진제를 배출하는 에너지를 생성하기 위해 엔진에서 사용하는 연료와 혼동해서는 안 된다.연료로 사용되는 물질의 부산물은 화학 로켓 엔진과 같이 추력을 생성하기 위한 반응 질량으로도 종종 사용되지만, 추진제와 연료는 두 가지 다른 개념입니다.

전기로 움직이는 우주선에서 전기는 추진제를 가속시키기 위해 사용된다.정전력을 이용하여 양이온을 배출하거나 로렌츠력을 이용하여 추진제로서의 음이온 및 전자를 배출해도 된다.전기열 엔진은 전자기력을 사용하여 저분자량 가스(예: 수소, 헬륨, 암모니아)를 플라즈마로 가열하고 플라즈마를 추진제로 배출합니다.레지스토제트 로켓 엔진의 경우, 압축 추진제는 더 많은 추력을 만들기 위해 배출되기 때문에 저항 가열로 간단히 가열된다.

화학 로켓과 항공기에서 연료는 노즐을 통해 유도될 수 있는 에너지 가스를 생성하기 위해 사용되어 추력을 생성합니다.로켓에서는 로켓 연료를 태우면 배기가스가 발생하며, 배출된 물질은 보통 노즐을 통해 가압된 추진제로서 배출된다.배기 물질은 기체, 액체, 플라즈마 또는 고체일 수 있습니다.제트 같은 프로펠러가 없는 동력 항공기에서 추진제는 일반적으로 대기 중 산소로 연료를 연소시켜 결과적으로 발생하는 추진제 제품이 차량에 실리는 연료보다 더 많은 질량을 가지도록 합니다.

추진제 또는 연료는 압축된 유체일 수도 있으며, 압축된 유체에 저장된 잠재적 에너지가 추진제로서 유체를 배출하는 데 사용됩니다.유체에 저장된 에너지는 압축 공기와 같이 유체가 압축될 때 시스템에 추가됩니다.공기를 압축하는 데 사용되는 펌프나 열 시스템에 가해지는 에너지는 추진제가 빠져나갈 때까지 저장된다.압축유체는 또한 압축공기에 저장된 에너지가 연료이고 물이 추진제인 물 로켓과 같은 추진제로서 다른 물질과 함께 에너지 저장용으로만 사용될 수 있다.

제안된 광자 로켓은 추력을 생성하기 위해 광자의 상대론적 운동량을 사용할 것이다.광자는 질량을 가지고 있지 않지만 상대론적 속도, 즉 빛의 속도로 움직이기 때문에 추진제 역할을 할 수 있습니다.이 경우 뉴턴의 제3운동법칙은 관련된 물리학을 모형화하기에 불충분하고 상대론적 물리학을 사용해야 한다.

화학로켓에서 화학반응은 추진제로서 화학반응의 생성물을 배출하는 데 사용되는 유체의 움직임을 만드는 에너지를 생산하기 위해 사용된다.예를 들어 단순 수소/산소 엔진에서는 수소를 연소(산화)하여 H2O를 생성하고 화학 반응에서 얻은 에너지를 물(증기)을 배출하여 추력을 제공한다.종종 화학 로켓 엔진에서는 더 많은 반응 질량을 제공하기 위해 더 높은 분자 질량 물질이 연료에 포함됩니다.

로켓 추진제는 팽창 노즐을 통해 차가운 기체로 배출될 수 있다. 즉, 에너지 혼합 및 연소 없이 보통 기동 추진기로서 차가운 가스 추진기를 사용함으로써 우주선에 작은 속도 변화를 제공할 수 있다.

저장에 유용한 밀도를 얻기 위해 대부분의 추진제는 고체 또는 액체 형태로 저장됩니다.

추진제는 화학 반응을 통해 고체, 액체 또는 가스를 배출할 수 있습니다.전기 에너지는 가스, 플라스마, 이온, 고체 또는 액체를 배출하는 데 사용될 수 있습니다.광자는 상대론적 운동량을 통해 추력을 제공하기 위해 사용될 수 있다.

화학적으로 파워가

고체 추진제

상세 정보:고체 연료 및 고체 연료 로켓

작동 중에 폭발하는 추진제는 펄스 폭발 엔진을 사용한 실험도 있었지만, 현재 실용성은 거의 없습니다.또, 새롭게 합성된 비쇼모쿠반계 화합물은,[1][2] 장래의 고형 추진제 및 액체 추진제로서 연구 단계에서 검토되고 있다.

곡물

고체 연료/추진제는 곡물이라고 불리는 형태로 사용됩니다.입자는 크기나 모양에 관계없이 연료/추진제의 개별 입자입니다.곡립의 모양과 크기는 연료 연소로 인한 연소 시간, 가스 양 및 생성 에너지 비율을 결정하며, 그 결과 추력 대 시간 프로파일을 결정합니다.

다른 입자로 얻을 수 있는 세 가지 유형의 화상이 있습니다.

진행성 화상
일반적으로 여러 개의 절취선이 있는 입자 또는 중심에 많은 표면적을 제공하는 별 모양입니다.
퇴화상
보통 원통형 또는 구형의 고체 입자.
중성 연소
일반적으로 단일 천공입니다. 외부 표면이 감소함에 따라 내부 표면도 같은 속도로 증가합니다.
구성.

고체 연료/추진제 조성에는 네 가지 유형이 있습니다.

단일 기반 연료/추진제
니트로셀룰로오스를 주폭약 성분으로 하는 단일계 연료/추진제.안정제 및 기타 첨가제는 화학적 안정성을 제어하고 그 특성을 향상시키기 위해 사용됩니다.
이중 기반 연료/추진제
이중계 연료/프로펠러제는 니트로글리세린 또는 기타 액체 유기 질산염 폭발물이 첨가된 니트로셀룰로오스이다.안정제 및 기타 첨가물도 사용됩니다.니트로글리세린은 연기를 줄이고 에너지 출력을 증가시킨다.이중 기반 연료/추진제는 소형 무기, 대포, 박격포 및 로켓에 사용됩니다.
트리플 베이스 연료/추진제
삼중계 연료/프로펠러제는 니트로셀룰로오스, 니트로구아니딘, 니트로글리세린 또는 기타 액체 유기 질산염 폭발물로 구성된다.3중 연료/추진제는 대포에 사용된다.
컴포지트
복합재료는 니트로셀룰로오스, 니트로글리세린, 니트로구아니딘, 기타 유기질산염은 주성분으로 사용하지 않는다.복합 재료는 보통 금속 알루미늄과 같은 연료, 합성 고무나 HTPB와 같은 가연성 바인더 및 과염소산 암모늄과 같은 산화제로 구성됩니다.복합 연료/추진제는 대형 로켓 모터에 사용됩니다.US SLBM Trident II 미사일과 같은 일부 용도에서는 니트로글리세린이 알루미늄 및 과염소산암모늄 복합체에 에너지 가소제로 첨가됩니다.

액체 추진제

상세정보 : 액체연료 및 액체추진로켓

로켓에서는 저온 산소와 수소, 극저온 산소와 탄화수소, 저장성 추진제 [3]등 세 가지 주요 액체 2중 추진제의 조합이 사용된다.

극저온 산소-수소 결합 시스템
우주 발사 시스템의 상부 스테이지, 때로는 부스터 스테이지에 사용됩니다.이것은 무독성의 조합입니다.이는 높은 특정 자극을 주며 고속 임무에 이상적입니다.
극저온 산소-탄화수소 추진제 시스템
우주발사체의 많은 부스터 스테이지와 소수의 2 스테이지에 사용됩니다.이러한 연료/산화제 조합은 밀도가 높기 때문에 보다 콤팩트한 부스터 설계를 가능하게 합니다.
저장 가능한 추진제 조합
거의 모든 2단 추진제 저연비, 보조 또는 반응 제어 로켓 엔진 및 탄도 미사일의 1단 및 2단용 대형 로켓 엔진에 사용됩니다.즉시 시작되며 장기 보관에 적합합니다.

액체 추진제 로켓에 사용되는 추진제 조합은 다음과 같습니다.

액체 로켓 엔진에 사용되는 일반적인 단연료는 다음과 같다.

전동식

주요 기사:전기_동력_우주선_추진

전기 동력 반응 엔진은 원자 이온, 플라즈마, 전자 또는 작은 물방울이나 고체 입자를 포함한 다양한 이온화 추진제를 추진제로 사용합니다.

정전

주요 기사:이온 스러스터

가속도가 주로 쿨롱 힘에 의해 발생하는 경우(즉, 가속 방향으로 정적 전계를 적용하는 경우) 장치는 정전기로 간주됩니다.정전 드라이브의 종류 및 추진제:

전열

추진제로 사용되는 플라즈마를 생성하기 위해 전자장을 사용하는 엔진입니다.그들은 전원이 공급된 추진제를 유도하기 위해 노즐을 사용합니다.노즐 자체는 단순히 자기장으로 구성될 수 있습니다.저분자량 가스(예: 수소, 헬륨, 암모니아)는 이러한 [6]종류의 시스템에 적합한 추진제이다.

전자파

주요 기사 : 플라즈마 추진 엔진

전자기 스러스터는 추진체로 이온을 사용하며, 이 이온은 로렌츠 힘 또는 자기장에 의해 가속되며, 전기에서 생성된다.

  • 무전극 플라즈마 스러스터 - 차가운 플라즈마를 추진제로 사용하는 복잡한 시스템
  • 마그네틱 플라스마나믹 스러스터 - 추진제에는 제논, 네온, 아르곤, 수소, 히드라진 또는 리튬이 포함되며, 로렌츠 힘을 사용하여 배출됩니다.
  • 펄스 유도성 스러스터 - 이 반응형 엔진은 방사형 자기장을 사용하기 때문에 양입자와 음입자 모두에 작용하므로 물, 히드라진, 암모니아, 아르곤, 제논 등을 포함한 다양한 가스를 추진제로 사용할 수 있습니다.
  • 펄스 플라즈마 스러스터 - Teflon 플라즈마를 추진제로 사용합니다. Teflon 플라즈마는 전기 아크로 생성되며 로렌츠 힘을 사용하여 배출됩니다.
  • 헬리콘 이중층 스러스터 - 플라즈마 추진제가 생성되어 실린더 내 자기 노즐을 형성하는 고주파 대역 전파에 의해 유도되는 헬리콘을 사용하여 기체로부터 들뜨게 됩니다.

핵

핵반응은 추진제 배출을 위한 에너지를 생성하기 위해 사용될 수 있다.위에서 설명한 바와 같이 전기 추진용 전기를 생산하기 위해 많은 유형의 원자로가 사용/제안되었다.핵펄스 추진은 일련의 핵폭발을 이용하여 핵반응의 생성물을 추진체로서 배출하기 위해 대량의 에너지를 생성한다.핵 열로켓은 핵반응의 열을 이용하여 추진체를 가열한다.보통 추진체는 수소인데, 그 이유는 추진체의 질량에 관계없이 힘이 에너지의 함수이기 때문에 가장 가벼운 추진체(수소)가 가장 큰 비임펄스를 생성하기 때문입니다.

포토닉

참고 항목: 레이저 추진 및 Photon 로켓

광반응 엔진은 추진제로서 광자를 사용하고, 추력을 생성하기 위해 개별적인 상대론적 에너지를 사용합니다.

발사체 추진제

다음 항목도 참조하십시오.화약, 무연분말 및 카트리지(화기) » 추진제

압축유체추진제

압축유체 또는 압축가스 추진제는 화학반응이 아닌 압축기에 의해 물리적으로 가압된다.고성능 로켓 및 화기에 불충분하지만 달성할 수 있는 압력과 에너지 밀도는 대부분의 용도에 적합하며, 이 경우 압축 유체는 보다 단순하고 안전하며 실질적인 추진제 압력원을 제공한다.

압축유체추진제는 단순히 가압가스 또는 대기압의 기체이지만 액체로서 압력에 의해 저장되는 물질일 수 있다.

압축 가스 추진제

압력 세척 및 에어브러싱과 같이 많은 양의 추진제가 사용되는 애플리케이션에서는 압축기로 공기를 가압하여 즉시 사용할 수 있습니다.또한 공기를 압축하는 수동 펌프는 분무기, 플랜트 오스터, 워터 로켓과 같은 저기술 응용 분야에서 단순성을 위해 사용할 수 있습니다.이러한 시스템의 가장 간단한 예는 케첩과 샴푸와 같은 액체를 위한 스퀴즈 병이다.

그러나 압축가스는 저장용기 내에서 액화되지 않으면 저장추진제로서 실용적이지 않다.왜냐하면 상당한 양의 가스를 저장하기 위해서는 매우 높은 압력이 필요하며 고압가스 실린더와 압력조절기는 비싸고 무겁기 때문이다.

액화 가스 추진제

다음 항목도 참조하십시오.에어로졸_스프레이 aeros 에어로졸_프로펠러제

원칙

액화 가스 추진제는 대기압에서는 기체가 되지만 약간의 압력에서는 액체가 된다.이 압력은 페이로드의 유용한 추진력(예: 에어로졸 페인트, 탈취제, 윤활유)을 제공할 수 있을 정도로 높지만 저렴한 금속 캔에 보관할 수 있을 정도로 낮으며 캔이 파열될 경우 안전상의 위험을 초래하지 않습니다.

캔 안에 있는 액체와 기체 추진제의 혼합물은 액체의 증기 압력이라고 불리는 일정한 압력을 유지합니다.페이로드가 고갈됨에 따라 추진제가 증발하여 캔의 내부 체적을 채웁니다.액체는 일반적으로 대기압에서 대응하는 기체보다 500-1000배 밀도가 높습니다. 캔 내부의 압력이 높더라도 페이로드를 배출하고 증기로 대체하기 위해서는 부피의 극히 일부만 추진제가 되어야 합니다.

액체 추진제를 기체로 증발시키려면 약간의 에너지, 즉 기화의 엔탈피가 필요하며, 이는 시스템을 냉각시킵니다.이것은 보통 중요하지 않지만, 때때로 과도한 사용으로 인한 바람직하지 않은 영향일 수 있습니다(시스템이 냉각되면 추진제의 증기 압력이 떨어집니다).그러나 동결 스프레이의 경우, 이러한 냉각은 바람직한 효과에 기여합니다(단, 동결 스프레이는 추진제보다 증기 압력이 낮지만 기화 엔탈피가 높은 클로로에탄과 같은 다른 성분도 포함할 수 있습니다).

추진제 화합물

클로로플루오로카본(CFCs)은 한때 추진제로 자주 사용되었지만 1989년 몬트리올 의정서가 발효된 이후 지구 오존층에 미치는 부정적인 영향 때문에 거의 모든 국가에서 대체되었다.CFC의 가장 일반적인 대체물은 휘발성 탄화수소(일반적으로 프로판, n-부탄 및 이소부탄)의 혼합물이다.[19] 디메틸에테르(DME) 및 메틸에틸에테르도 사용한다.모두 인화성이라는 단점이 있습니다.아산화질소와 이산화탄소는 식품(예를 들어 생크림이나 조리용 스프레이)을 전달하는 추진제로도 사용된다.천식 흡입기 등의 약용 에어로졸은 하이드로플루오로알칸(HFA)을 사용한다.HFA 134a(1,1,1,2,3-테트라플루오로에탄) 또는 HFA 227(1,1,1,2,3,3-헵타플루오로프로판) 또는 이들의 조합이다.최근에는 액체 하이드로플루오로울레핀(HFO) 추진제가 상대적으로 낮은 증기압, 낮은 지구온난화 잠재력(GWP) 및 비연성 때문에 에어로졸 시스템에 더욱 널리 채택되고 있습니다.[20]

페이로드

액화 가스 추진제의 실용성은 다양한 페이로드가 가능합니다.액체가 스프레이로 분출되는 에어로졸 스프레이에는 페인트, 윤활유, 탈지제 및 보호 코팅, 탈취제 및 기타 개인 관리 제품, 식용유가 포함됩니다.휘핑크림, 면도 크림 또는 면도 젤과 같이 일부 액체 페이로드가 낮은 추진제 압력 및/또는 점성 페이로드로 인해 분사되지 않는다.BB건, 페인트볼건, 에어소프트건과 같은 저전력 총은 견고한 발사체 탑재량을 가지고 있다.특이하게도 가스 분진기("통조림 공기")의 경우 유일한 페이로드가 추진제 증기 자체의 속도입니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Lal, Sohan; Rajkumar, Sundaram; Tare, Amit; Reshmi, Sasidharakurup; Chowdhury, Arindrajit; Namboothiri, Irishi N. N. (December 2014). "Nitro-Substituted Bishomocubanes: Synthesis, Characterization, and Application as Energetic Materials". Chemistry: An Asian Journal. 9 (12): 3533–3541. doi:10.1002/asia.201402607. PMID 25314237.
  2. ^ Lal, Sohan; Mallick, Lovely; Rajkumar, Sundaram; Oommen, Oommen P.; Reshmi, Sasidharakurup; Kumbhakarna, Neeraj; Chowdhury, Arindrajit; Namboothiri, Irishi (2015). "Synthesis and energetic properties of high-nitrogen substituted bishomocubanes". J. Mater. Chem. A. 3 (44): 22118–22128. doi:10.1039/C5TA05380C.
  3. ^ Sutton, George; Biblarz, Oscar (2001). Rocket Propulsion Elements. Willey. ISBN 9781601190604. OCLC 75193234.
  4. ^ Hutchinson, Lee (2013-04-14). "New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8 M lbs of thrust". ARS technica. Retrieved 2013-04-15. The most efficient fuel and oxidizer combination commonly used today for chemical liquid rockets is hydrogen (fuel) and oxygen (oxidizer)," continued Coates. The two elements are relatively simple and they burn easily when combined—and even better, the result of their reaction is simple water.
  5. ^ Hutchinson, Lee (2013-04-14). "New F-1B rocket engine upgrades Apollo-era design with 1.8 M lbs of thrust". ARS technica. p. 2. Retrieved 2013-04-15. Refined petroleum is not the most efficient thrust-producing fuel for rockets, but what it lacks in thrust production it makes up for in density. It takes less volume of RP-1 to impart the same thrust force on a vehicle, and less volume equates to reduced stage size. ... A smaller booster stage means much less aerodynamic drag as the vehicle lifts off from near sea-level and accelerates up through the more dense (thicker) part of the atmosphere near the earth. The result of a smaller booster stage is it allows a more efficient ascent through the thickest part of the atmosphere, which helps improve the net mass lifted to orbit.
  6. ^ "Native Electric Propulsion Engines Today" (in Russian). Novosti Kosmonavtiki. 1999. Archived from the original on 6 June 2011.

참고 문헌

외부 링크

Wikimedia Commons에는 추진제 관련 미디어가 있습니다.
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