Ciąg wektorowany

Ten artykuł od 2024-08 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł. Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do źródeł. Dodanie listy źródeł bibliograficznych jest problematyczne, ponieważ nie wiadomo, które treści one uźródławiają. Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • Federacja Bibliotek Cyfrowych • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary) Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

Ciąg wektorowany, znane również jako sterowanie wektorem ciągu thrust vector control (TVC) – rozwiązanie konstrukcyjne pozwalające na zmianę kierunku wektora siły ciągu silnika odrzutowego (rakietowego) względem osi statku^[1]. Umożliwia to sterowanie lotem rakiety, skraca długość drogi startowej samolotu, zwiększa jego manewrowość.

Jest głównym sposobem sterowania rakietami kosmicznymi i rakietami balistycznymi. W samolotach wojskowych był pierwotnie stosowany do skrócenia drogi startowej lub zapewnienia pionowego startu lub lądowania, jest powszechnie stosowany w celu zwiększenia manewrowości samolotu^{[potrzebny przypis]}.

Wiele zastosowań rakiet wymaga dużej manewrowości na różnych etapach misji. Powierzchnie aerodynamiczne wytwarzają małe i niewystarczające siły tuż po starcie rakiety, gdy ma ona małą prędkość, przy dużych kątach natarcia, a także na dużych wysokościowych przy niskim ciśnieniu. Dlatego do sterowania rakietami w czasie gdy działa ich napęd odrzutowy stosuje się sterowanie kierunkiem ciągu rakiety zwanym sterowanie wektorem ciągu^[2].

Zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona, siła ciągu silnika odrzutowego jest siłą odrzutu, która ma taki sam kierunek co kierunek wyrzucanych z dyszy gazów. Wszystkie metody wektorowania ciągu sprowadzają się do zmiany kierunku wyrzucania gazów z silników głównych lub sterowaniem silnikami pomocniczymi, można tego dokonać na kilka sposobów^{[potrzebny przypis]}.

Normalnie linia działania wektora ciągu dyszy rakiety przechodzi przez środek masy pojazdu, nie wytwarzając momentu obrotowego wokół środka masy. Odchylenie wektora ciągu silników rakiety, tak aby nie przechodził przez środek masy wytwarza moment obrotowy. Sterowanie pojazdem poprzez zmianę kierunku wektora ciągu jest możliwe tylko wtedy, gdy układ napędowy wytwarza ciąg^[3].

Sposoby wektorowania ciągu można podzielić na następująco^[4][5]

• silniki lub dysze z przegubem,
• wtrysk płynu reaktywnego do dyszy,
• pomocnicze silniki odrzutowe, tzw. noniuszowe,
• łopatki wydechowe, zwane również łopatkami odrzutowymi.

W wielu rakietach na paliwo płynne wektorowanie ciągu osiąga się przez przegubowe połączenie całego silnika lub jego części z rakietą. Realizuje się to przez przesunięcie (obrócenie) całej komory spalania i zewnętrznego dzwonu silnika, albo całego zespołu silnika, łącznie z powiązanymi z nim pompami paliwa i utleniacza^[4].

W rakietach na paliwo stałe spalanie następuje w zbiorniku, przez co wektorowanie ciągu osiąga się poprzez odchylanie tylko dyszy rakiety. Dysza jest mocowana do pojazdu za pomocą przegubu kulowego z otworem w środku lub elastycznej uszczelki^[6][7].

Ustawienie przegubów wykonywane jest przez silniki elektryczne lub hydrauliczne.

Metoda wektorowania ciągu stosowana w rakietach na paliwo stałe polegająca na wtryskiwaniu cieczy reaktywnej do dyszy w pobliżu jej końca. Wtryskiwanie cieczy tylko po jednej stronie dyszy, modyfikuje tę stronę smugi spalin, powodując inny ciąg po tej stronie, a tym samym asymetryczną siłę wypadkową działającą na rakietę^[7].

Efekt podobny do wektorowania ciągu można uzyskać stosując dodatkowe małe silniki odrzutowe zwane pędnikami noniuszowymi(inne języki). Są to silniki odrzutowe o stałym małym ciągu, nie mają własnych turbopomp, są połączone przegubowo z rakietą. Regulacja następuje przez zmianę kierunku działania silnika. Były używane w rakietach Atlas, R-7, Sojuz. Stosowane były w rakietach na paliwo stałe, są rzadko używane w nowych projektach ze względu na ich złożoność i wagę^[8][9]. Różnią się one od silników rakietowych systemu kontroli orbity, które są niezależnymi silnikami rakietowymi używanymi do manewrowania w przestrzeni kosmicznej.

Jedną z najwcześniejszych metod wektorowania ciągu w silnikach rakietowych było umieszczenie łopatek w strumieniu spalin silnika. Łopatki te zwane strumieniowymi lub wydechowymi umożliwiają odchylenie strumienia spalin bez poruszania silnikiem lub jego dyszą. Mają tę zaletę, że umożliwiają kontrolę przechyłu rakiety za pomocą tylko jednego silnika, ale zmniejszają wydajność jej napędu. Rakieta V -2 wykorzystywała grafitowe łopatki wydechowe ustawiane małymi silnikami elektrycznymi^[10]. W rakiecie Sapphire zastosowała łopatki z litej miedzi, aby zapewnić wysoką pojemność cieplną i przewodność cieplną miedzi^[11]

Samoloty wyposażone w silniki z wektorowanym ciągiem odznaczają się podwyższoną manewrowością przez co mogą wykonywać figury akrobacyjne wymagające dużej zwrotności, jak np. tzw. „kobra”. Mają też możliwość wykonywania skróconych lub całkowicie pionowych startów i lądowań (VTOL i STOL). Rozwiązanie to ma jednak również wady, wśród których na pierwszy plan wysuwają się trudności w kontroli wyposażonego w wektorowany ciąg samolotu, co wymaga najnowocześniejszych elektronicznych systemów kontroli aerodynamiki płatowca oraz wektora ciągu, o bardzo dużym stopniu niezawodności^{[potrzebny przypis]}.

Przykładem ekstremalnego wektorowania ciągu może być zmiennowirnikowiec V-22 Osprey, który może obracać cały silniki by wystartować jak helikopter, a następnie kontynuować lot w poziomie^[12][13][14].

Odmiana silników z wektorowanym ciągiem (Rolls-Royce Bristol Pegasus 101) używana jest w brytyjskim samolocie Harrier będącym pierwszym samolotem wyposażonym w to rozwiązanie. Wektorowanie ciągu polega w tym przypadku na obrocie całych dysz silnika (samolot posiada jeden silnik z kilkoma dyszami). Dzięki temu Harrier ma możliwość wykonywania lotu charakterystycznego dla śmigłowców: zawisu, przemieszczeń bocznych a także lotu do tyłu^{[potrzebny przypis]}.

Wektorowanie ciągu stosowane jest także w śmigłowcach i w tym przypadku jest związane ze specyfiką tych statków powietrznych. Wektorowanie ciągu uzyskuje się tu poprzez sterowanie skokiem okresowym łopat wirnika nośnego. Zmienny wektor ciągu został też po raz pierwszy zastosowany także w silnikach rakietowych – we wchodzącym w skład amerykańskiego systemu antybalistycznego Ballistic Missile Defense – pocisku Kinetic Energy Interceptor (KEI), w którym każdy z trzech stopni napędowych dysponuje własnym systemem wektorowania ciągu^{[potrzebny przypis]}.

• Artykuł o silniku EJ200. eurofighter-typhoon.co.uk. [zarchiwizowane z tego adresu (2006-04-22)]. (ang.).