Сарнер С. - Химия ракетных топлив

Сарнер ф Химия ракетных топлив Перевод с английского Е. П. ГОЛУБКОВА, В. К. СТАРКОВА, В. Н. ШЕМАНИНОИ Под редакцией д-ра техн. наук В. А. ИЛЬИНСКОГО ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР» МОСКВА !969 УДК. 839. 9943~: 34-4 В книге содержится интересный материал более чем о двухстах элементах и соединениях. Основной критерий отбора материала — эффективность химических ракетных топлив.

Здесь приведены сведения о применяемых и возможных компонентах жидких и твердых ракетных топлив (термодинамические и теплофизические свойства, строение молекул, характерные химические реакции, данные по стабильности, токсичности, методам обращения с веществом, совместимости с нонструкционными материалами и т. д.). Описаны методы получения этих веществ. Также проведен анализ эффективности типичных двухкомпонентных жидких топлив. Книга снабжена обширной библиографией, представляющей самостоятельную ценность. При работе над ней автор использовал материалы более 900 работ, в основном американских авторов. Книга предназначена для химиков, занимающихся разработкой ракетных топлив, и конструкторов ракетных двигателей.

Редакция по вопросал новой техники Инд. 3-3-14 193-68 ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА РУССКОГО ПЕРЕВОДА Одним из основных направлений развития ракетной техники является разработка высокоэффективных топлив с большой удельной тягой и плотностью. В настоящее время наибольшее применение получили жидкие окислители: кислород, четырехокись азота, азотнокислотные окислители, перекись водорода и жидкие горючие: керосин, несимметричный днметилгидразин, гидразнн, амины, жидкий аммиак, скипидар. Осваиваются также жидкие фтор и водород. Изучаются как возможные компоненты бороводороды, бериллий- содержащие соединения, фторсодержащие окислители (окись фтора, трин пентафторид хлора, трифторид азота, тетрафторгидразин и т, д.), сочетания жидких компонентов с легкими металлами (литием, бериллием) и т.

п. Водород и металлосодержащие горючие с такими окислителями, как перекись водорода, фтор и кислород, образуют жидкие топлива с высокой удельной тягой. К ним относятся высококипяшие топлива: перекись водорода в паре с пентабораном или гидридом бериллия [96), перекись водорода— бериллий — гидразин; низкокипящие: кислород †водор, фтор †водор, кислород †водород †бери, фтор †водород †л и др.

[18). Топливо перекись водорода †гидр бериллия имеет такую же теоретическую удельную тягу, как и высокоэффективное низкокипящее топливо фтор †водор, а приведенные трехкомпонентные низнокипящие топлива по удельной тяге превосходят топливо фтор †водор. Для вспомогательных целей как однокомпонентные жидкие топлива применяются перекись водорода и гидразин. Из твердых ракетных топлив более распространены гетерогенные (смесевые) топлива. В качестве окислителей этих топлив чаще используются перхлорат аммония, нитрат аммония или псрхлорат калия, а в качестве горючих-связующих — асфальты, битумы, полимеры: тиоколы, полиэфиры, уретаны, синтетические (полибутадиеновые и др.) каучуки, полиэтилен, полипропилен, синтетические смолы (фенольные, эпоксидные, стирольные, акрилатные, полиамидные) и т.

д. Рассматриваетси возможность применения перхлората нитрония. В качестве компонентов гомогенных (двухосиовных) твердых топлив применяются нитроцеллюлоза, нитроглицерин; исследуется возможность использования диэтиленгликольдинитрата. Для увеличения удельной тяги к твердым топливам добавляются металлы (алюмнний, магний, бериллий), предлагается введение их соединений. Применение многих легких элементов и их соединений в качестве компонентов жидких топлив впервые прел чожено русскими исследователями.

Циолковский рекомендовал использова; кислород, водород, ацетилен, нефтепродукты и другие углеводороды (!903 г.), озон, метан, скипидар (1914 г.), окислы азота (1926 г.) [67[, пятиокись азота н атомарный водород [68). Кондратюк Р [29) указал на возможность использования лития, бора, алюминия, кречния н м г Он предложил р н магния как самостоятельно, так и в смесях с другими веществами. соединения бо а ил в качестве компонентов топлива водородные и углеводородные ванна лития, маги Ра и кремния.

14андер [66] рассматривал возможность использо, магнии. алюминия и бора с кислородом нли с фтором. В газо- 6 првдисловив рвдякторд русского пврвводд нинамической лаборатории (ГзьЛ) в 1930 — 1931 гг. были предложены в качестве компонентов топлив азотная кислота, азотнокислотпые окислителя, четырехокись азота, растворы озона в жидком кислороде, перекись водорода, хлорная нислота, тетранитрометан, а также бериллий (как в сочетании с жидкима кислородом и водородом, так и с высококипящими горючими и в порохах [31]), а в 1933 г.

— смеси кислорода и фтора. В ГДЛ-ОКБ были изучены свойства окиси фтора и топлива окись фтора — диэтиламин [31]. Систематический и подробный анализ компонентов ракетных топлав выполнен лишь в очень немногих работах. Первая систематическая оценка топлив дана в курсе лекций Глушко [16]. В интересной монографии Чернышева [70] приведен большой материал по свойствам многих компонентов топлив, в том числе результаты исследований автора. В справочнике Кита и Эвереда [94] описываются физико-химические и эксплуатационные свойства, методы производства, данные по совместимости с конструкционными материалами и т. п.

для многих применяемых или возможных компонентов топлив. По сравнению с настоящей книгой этот справочник содержит более подробные данные о многих компонентах топлив, получивших широкое применение, но в нем рассмотрено меньшее количество веществ. В книге Паушкина [45] опи. саны физико-химические, эксплуатационные и другие свойства компонентов ракетных топлив (в основном нефтепродуктов). В сборниках [72, 77] приведен ряд интересных докладов по отдельным проблемам разработки и применения ракетных топлив.

В обзоре Бойда и др. [74) конструкциоаные материалы классифицированы по их стойкости в компонентах жидких топлив, а статья Тинера [112] посвящена вопросу совместимости материалов с фторсодержашими окислителями. В обзоре Рысса [51] рассмотрены неорганические соединения фтора, а в сборниках [22, 107, 111] — применение водорода в ракетной технике. В книге Сарнера на основе анализа обширной литературы собран интересный и ценный материал о свойствах более чем двухсот веществ, исследованных до 1965 г. Иентральные и наиболее интересные главы книги (4, 8 и 9) посвящены описанию горючих, окислителей и энергетических характеристик топлив.

Известный интерес представляют разделы гл, 10 и !1, в которых рассматриваются механизмы горения твердых топлив и методы испытаний, а также гл. 5 и 6 о потерях удельной тяги из-за двухфазности потока и неравновесности процессов рекомбинации в сопле. Остальной материал книги носит вспомогательный характер и изложен на значительно более низком уровне, чем основные главы. При написании книги в освовном была использована литература, вышедшая до 1962 †19 гг.

Однако более поздние публикации не содержат существенных уточнений физико-химических эксплуатационных и других характеристик рассмотренных веществ и не меняют представления об этих веществах как компонентах ракетных топлив. При выполнении точных расчетов П следует использовать параметры компонентов топлив, заимствованные из оригинальных работ или авторитетных справочников. В этом случае необходимо учитывать результаты более поздних исследований. Не вполне приемлемы рекомендации Сарнера по расчету удельных тяг, в частности по оценке теплот образования компонентов топлив и по расчету потерь вследствие двухфазности потока и неравновесности процессов реком- и К точным расчетам относятся, например, вычисления объемов топливных баков и весовых расходов компонентов топлив по объемным расходам (особенно при экспериментальных определениях удельных тяг).

Их следует производить по точным значениям плотностей компонентов. Аналогично, теоретические удельные тяги необходимо вычислять по надежным значениям теплот образования компонентов ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА РУССКОГО ПЕРЕВОДА бннации в сопле; кроме того, эти разделы книги изложены слишком упрощенно Поэтому ниже придется подробнее остановиться на этих вопросах. В гл. 8 описываются физико-химические и эксплуатационные свойства, методы производства как неорганических горючих веществ (металлов, их гидрндов, карбидов и т. д., водорода и его нитридов, растворов металлов в аммиаке), так и органических (аминов, спиртов, углеводородов, нефтепродуктов, эпоксидов, металлоорганических соединений). В гл.

9 приведены такие зке сведения для окислительвых веществ (кислорода, озона, фторсодержаших соединений, окислов азота, азотнокислотных окислителей, перекиси водорода, соединений инертных газов, перекисей металлов, нитратов, нитросоединений, перхлоратов). Особое внимание уделено фторсодержащим окислнтетьным веществам (фтору, фторндам кислорода, азота и галогенов, перхлорилфториду). Таким образом, Сарнер рассмотрел практически все классы веществ, которые можно использовать в качестве компонентов топлива. Гл, 8 и 9 снабжены обширной и ценной библиографией, содержащей более 700 работ, в основном американских авторов. К недостаткам этих глав следует отнести весьма беглое упоминание о применении компонентов топлива; в частности, иет полного и четкого перечня применяемых компонентов.