Tantárgy » BMEKOVRM954
Rakéták, rakétahajtóművek
Rockets, rocket engines
A tantárgyleírás hatályossága
Hatályosság kezdete:
2026. March 21.
Hatályosság vége:
—
| Tantárgy neve (magyarul, angolul) |
Rakéták, rakétahajtóművek
Rockets, rocket engines
|
||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Tantárgykód | BMEKOVRM954 | ||||||||||||
| Tantárgyjelleg | — | ||||||||||||
| Képzési szint | — | ||||||||||||
| Kurzustípusok és óraszámok (heti/féléves) |
|
||||||||||||
| Tanulmányi teljesítmény/értékelés típusa | félévközi érdemjegy | ||||||||||||
| Tantárgy kreditértéke | 4 | ||||||||||||
| Tantárgyfelelős |
DR. Veress Árpád
beosztás: egyetemi docens
elérhetőség:
veress.arpad@kjk.bme.hu
|
||||||||||||
| Tantárgyat gondozó oktatási szervezeti egység |
Repüléstudományi és Hajózási Tanszék
|
||||||||||||
| Kar | Közlekedésmérnöki és Járműmérnöki Kar | ||||||||||||
| Tantárgy weboldala | — | ||||||||||||
| Tantárgy elsődleges mintatantervi jellege | — | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Erős előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Gyenge előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Párhuzamos előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Mérföldkő előkövetelmény | nincs | ||||||||||||
| Közvetlen előkövetelmények – Kizáró feltétel | nincs |
Célkitűzés
Tantárgyprogram
1. Bevezetés a hordozórakéták témakörébe (E)
A rakéták története, a hordozórakéták szükségessége, követelmények. A rakétamozgás alapegyenletei.
2. A rakétamozgás számítása (GY)
Ballisztikai alapfogalmak, hatótávolság, a pálya maximális magassága, pozíció az idő függvényében. MATLAB szimulációk bemutatása.
3. Egy- és többfokozatú rakéták elmélete (E)
Egyfokozatú alkalmazások lehetőségei. A többfokozatú kialakítás szükségessége, a kialakítás módjai. Hordozórakéták alapvető tervezési jellemzői.
4. Egy- és többfokozatú rakéták számítása (GY)
Soros, párhuzamos és vegyes kialakítás vizsgálata, optimális fokozat-elrendezés, égésvégi pontok számítása. Hordozórakéták statisztikai adatai és azok elemzése.
5. A rakétamozgás dinamikája (E)
A rakétára ható erők és nyomatékok: tolóerő, aerodinamikai erők, gravitáció. A maximális dinamikus nyomás pontja a repülés során. A rakéta stabilitása, kormányzása.
6. Rakétamozgás szimulációs gyakorlat (GY)
Rakétamozgás dinamikai szimulációja (MATLAB).
7. Hordozórakéták tervezése I. (E)
Hajtóanyag kiválasztása a hordozórakétához. Optimális tömegeloszlás a fokozatokban és indulótömeg meghatározása. Előzetes méretek és térfogatok számítása.
8. Hordozórakéták tervezése II. (GY)
A hordozórakéta előzetes elrendezésének megtervezése. Farokrész, hajtóműtér, hajtóanyag-tartályok, hasznos teher elrendezése.
9. Hordozórakéták tervezése III. (E)
Az elrendezés pontosítása. A hordozórakéta elemei tömegének számítása. Tömegközéppont és másodrendű nyomatékok meghatározása. Programok a hordozórakéta optimális paramétereinek automatizálására.
10. Hordozórakéták tervezése IV. (GY)
Hordozórakéta-családok kialakítása különböző hasznosteher-adapterek segítségével. Fedélzeti rendszerek kialakítása, működése. Hordozórakéták számítógépes modellezése.
11. Űrrepülőtér, indítókomplexum kérdései (E)
Az űrrepülőtér és az indítókomplexum, valamint a hordozórakéta összehangolása.
12. Konkrét hordozórakéta típusok bemutatása (GY)
R7, Atlas, Saturn-IB és Saturn V, Ciklon, Titán, N1, Ariane V, Szojuz, Space Shuttle, Enyergija-Burán
13. Hordozórakéta kiválasztás (E)
A hordozórakéta kiválasztása a rakéta kialakítása, képességei és elérhetősége, az űrrepülőtér, a költségek és a megbízhatóság alapján. A rakéta rendszereinek ellenőrzése, modellezése.
14. Rakétarendszerek megbízhatósága, többször használatos hordozóeszközök (GY)
A megbízhatóság alapfogalmai, soros, párhuzamos és vegyes rendszerek megbízhatósága. Hordozórakétákkal szemben támasztott taktikai és technikai követelmények. Többször használatos hordozóeszközök bemutatása. A visszatérés körülményei.
15. Rakétahajtóművek elmélete bevezetés (E)
A rakétahajtóművek tolóereje, jellemző mérőszámai: fajlagos impulzusa, jellemző kiáramlási sebessége, hatásfokai. Optimális tolóerő ideális esetben, ideális tolóerő vákuumba történő expanzió esetén, a tolóerő megváltozása a repülés magassága szerint.
16. Rakétahajtóművek alapvető számítása (GY)
Az impulzustétel alkalmazása, rakétahajtóművek alapvető jellemzőinek (tolóerő, hatásfokok, stb.) számítása.
17. Szuperszonikus fúvócsövek gázdinamikája (E)
Energiaegyenlet, izentrópikus áramlás egyenletei. A Laval-csőben lejátszódó terjeszkedés jellemzői a hely függvényében. Sebesség- és felületviszony alakulása a nyomásviszony változásával. Karakterisztikus sebesség, tolóerő-tényező. Alul- és túlexpandált fúvócsövek.
18. Laval-csövek számítása és numerikus áramlástani szimulációja (GY)
Számpéldák és számítógépes áramlásmodellezés a Laval-csövek témakörében.
19. Folyékony hajtóanyagú rakéták elmélete (E)
Folyékony hajtóanyagok típusai, beszállító rendszerek osztályozása. Gáznyomással működő beszállító rendszerek. Turbószivattyús rendszerek: gázgenerátoros, előkamrás és expanderes kialakítások. Szelepek és csővezetékek. Hajtóművek manőverekhez, pályamódosításhoz, vagy az űreszköz irányításához.
20. Folyékony hajtóanyagok (GY)
A folyékony hajtóanyagok részletes fizikai tulajdonságai, működési jellemzői. Veszélyforrások a folyékony hajtóanyagok gyártása, tárolása, használata során. Követelmények a folyékony hajtóanyagokkal szemben. Folyékony oxidálószerek és tüzelőanyagok. Egykomponensű hajtóanyagok. Gáz halmazállapotú hajtóanyagok. Biztonsági és környezetvédelmi kérdések.
21. Tartályok (E)
Tartályok formái, héjszerkezetei. Tartályok szerkezeti elemei (bordák, nyomástartó falak, hőszigetelés, csövek, nyílások, tömítések, betöltő nyílások, csatlakozóelemek, mérőműszerek).
22. Égéskamrák és égés (GY)
A hajtóanyag bejuttatásának módja, hűtés, hőszigetelés, mechanikai és hőfeszültségek a falban. Kis tolóerejű (manőver) rakétahajtóművek. Anyagok és gyártás. Hőcsere számítása. Indítás és gyújtás. Folyékony hajtóanyagok égése, égési instabilitások, égés modellezése.
23. Szilárd és hibrid (szilárd-folyékony) hajtóanyagú rakéták (E)
Szilárd hajtóanyag elrendezések, tolóerő-működési idő diagramok. Kormányzás szilárd hajtóanyagú rakétákkal. Szilárd hajtóanyagok jellemzői, összetevők (tüzelőanyag, oxidálószer, kötőanyag, adalékok). Szilárd hajtóanyagok égése, égési instabilitások. Hibrid rakétahajtóművek.
24. Szilárd hajtóanyagú rakéták felépítése, tervezése (GY)
Hajtóműházak (fém vagy kompozitépítésű). Fúvócsövek felépítése, kialakítása, hővédelme, felhasznált anyagok. Gyújtás megvalósítása. A tervezés alaplépései.
25. Turbószivattyúk (E)
Turbószivattyúk általános ismertetése, konfigurációk. Áramlástani jellemzők. Szivattyúk működése. Turbinák működése. Előzetes tervezés. Gázgenerátorok és előkamrás rendszerek.
26. Hajtóművek integrálása, pneumatikus és hidraulikus rendszerei (GY)
Hajtóművek integrálása, optimalizálása, kalibrálása, szabályozása. Hajtóanyag-készlet tervezése. Pneumatikus és hidraulikus rendszerek fizikai és matematikai modellei. Pneumatikus és hidraulikus rendszerek tervezése.
27. Tolóerővektor irányítása (E)
Tolóerővektor eltolódása. Megoldások egyetlen fúvócső esetén. Megoldások több fúvócső együttes alkalmazásával. Ellenőrzés, integráció a hordozórakétával. Szilárd hajtóanyagú rakéták tolóerő-vektorálása.
28. Rakétarendszer kiválasztása, tesztelése (GY)
Kritériumok a rakétarendszer kiválasztásában: kompatibilitás a hasznos teherrel, égés/kilépő gázok jellemzői, költségcsökkentés, stb. Mérőrendszerek (tolóerő, mechanikai feszültség, vibráció, stb.), nyomástartó edények ellenőrzése. Mérőállomások felépítése, kialakítása. Repülési mérések, ejtési és leszállási terhelések tesztjei. Környezeti ellenőrzés szuperszonikus szélcsatornában. Roncsolásos vizsgálatok.
A tantárgy célja bemutatni a hordozórakéták konstrukciójának alapvető kérdéseit, a többfokozatú felépítés során felmerülő fontosabb számítási eljárásokat. Ehhez kapcsolódóan bevezeti a hallgatókat a hordozórakéták számítógépes modellezésébe. A tárgy során külön foglalkozunk a leggyakrabban elterjedt rakétahajtómű fajtákkal, a bennük lejátszódó aero-termodinamika folyamatokkal, azok szimulációjával. Fontos részt képez még a tartályok és segédrendszerek ismertetése, amelyek a rakétahajtómű rendeltetésszerű működését lehetővé teszik.
Tanulmányi eredmények
Ez a tantárgy a KKK rendeletben meghatározott, következő kompetenciák fejlesztését szolgálja:
Tudás
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Képességek
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Attitűd
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Autonómia és felelősség
Nincsenek rögzített tanulási eredmények.
Oktatási módszertan
Előadás. A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.
Gyakorlat: Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése.
Tanulástámogató anyagok
Online források
G. P. Sutton, O. Biblarz: Rocket Propulsion Elements, Ninth Edition. Wiley, 2017, ISBN 978-1-1187-5365-1; T. S. Taylor: Introduction to Rocket Science and Engineering, Second Edition. CRC Press, 2017, ISBN 978-1-4987-7232-7; P. A. Czysz, C. Bruno, B. Choduba: Future Spacecraft Propulsion Systems and Integration, Third Edition. Springer, 2018, ISBN 978-3-662-54742-7; J. D. Mattingly: Elements of Propulsion: Gas Turbines and Rockets, Second Edition. AIAA Education Series, 2006, ISBN 978-1-5634-7779-9
A tantárgy teljesítéséhez ajánlott előzetes ismeretek
Tudás típusú kompetenciák
(azon előzetes ismeretek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
Űrrendszerek tervezése
Képesség típusú kompetenciák
(azon előzetes képességek és készségek összessége, amelyek megléte nem kötelező, de a tantárgy eredményes teljesítését nagyban elősegíti)
nincs
Ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák
(azon ajánlott (nem kötelező) előzetesen megszerzendő kompetenciák összessége, amelyek jelentősen hozzájárulnak a tantárgy eredményes teljesítéséhez)
Űrrendszerek tervezése
Általános szabályok
Követelmények:
a. A szorgalmi időszakban:
1 db nagy zárthelyi dolgozat (összegző értékelés)
2 db házi feladat (részteljesítmény értékelés), beadás a 6. és a 12. héten.
b. A vizsgaidőszakban: nincs
c. Elővizsga: nincs
Pótlási lehetőségek:
A sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható. A sikertelen (pót) zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.
Teljesítményértékelési módszerek
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Szorgalmi időszakban végzett teljesítményértékelések részaránya
Nincs megadva részarány.
Vizsgaidőszakban végzett teljesítményértékelések részletes leírása
Nincs megadva részletes értékelés.
Vizsgarészek részaránya
Nincs megadva részarány.
Érdemjegy megállapítása
Nincs megadva érdemjegy határ.
Jelenléti és részvételi követelmények
Nincs megadva jelenléti követelmény.
Javítás, ismétlés és pótlás különös szabályai
Nincs megadva.
Rövid leírás
Nincs megadva.
Részletes leírás
Nincs megadva.
Ajánlott tantárgyak
Nincs megadva.
A tantárgy elvégzéséhez szükséges tanulmányi munka
Nincs megadva munkaidő bontás.
Tantárgykövetelmények hatályossága
Tantárgykövetelmények hatályosságának kezdete:
—
Tantárgykövetelmények hatályosságának vége:
—
Tantervi elhelyezés
Nincsenek rögzített tantervi elhelyezések ehhez a tárgyverzióhoz.