Демидов В.И., Сухов А.В., Щербаков А.А. - Общие сведения о топливах двигателей летательных аппаратов, страница 3

Кроме того, для уменьшения времени смесеобразования в ка­мере сгорания жидкие компоненты топлива должны иметь низкую теп­лоемкость ( ), малую скрытую теплоту испарения ( ) и низкую температуру кипения ( ).

Свойства компонентов топлива должны обеспечивать снижение вероятности возникновения низкочастотных и высокочастотных ко­лебаний в камере сгорания как условие надежной работы двигателя.

3) Требования, вытекающие из условий работы элементов конструкции

двигателя.

При подаче жидкого компонента в камеру двигателя требуются энергетические затраты на преодоление сопротивления гидротрактов. Это сопротивление зависит от вязкости жидкости. Поэтому для уменьшения гидравлических потерь желательно иметь как можно меньшую вязкость жидких компонентов и меньшую зависимость вязкости от температуры, что необходимо для обеспечения устойчивой и высокоэффективной работы двигателя в широком диапазоне изме­нения температуры окружающей среды.

Камера сгорания двигателя является теплонапряженным элемен­том, поскольку в ней развиваются температуры в несколько тысяч градусов (Э000…4000 К) при давлении до 15 мПа и выше. Это тре­бует в большинстве случаев организации охлаждения стенок камеры. Одним из наиболее широко использующихся методов является наруж­ное или регенеративное охлаждение одним из компонентов, протека­ющим через зазор-рубашку охлаждения, образованную внутренней стенкой, омываемой горячими продуктами сгорания, и наружной стен­кой камеры. В тех случаях, когда тепловой поток от продуктов сгорания очень велик и наружное охлаждение не обеспечивает за­данную температуру внутренней стенки камеры, часть компонента вводится для создания жидкой пленки и паровой завесы у наиболее теплонапряженных участков стенки камеры и сопла. Такой способ охлаждения называется внутренним, или испарительным. В связи с этим к жидкому компоненту предъявляются требования как к хладоагенту, обеспечивающему наиболее эффективное охлаждение камеры.

Количество тепла, которое в единицу времени может воспри­нять хладоагент с расходом при площади теплообмена и увеличении температуры с до , может быть записано в виде

. (4.4)

Из этого уравнения видно, что компонент топлива - хладоагент должен иметь высокую удельную теплоемкость и высокую темпе­ратуру кипения, что позволит отобрать от внутренней стенки боль­шее количество тепла вследствие увеличения допустимой температу­ры на выходе из охлаждающего тракта . При большем значении коэффициента теплопроводности хладоагент равномернее прогреет­ся по всему объему и уменьшится опасность его локального закипания на внутренней стенке (поверхностное кипение).

Важным требованием является высокая химическая стойкость хладоагента при его нагревании в объеме и при контакте с горя­чей внутренней стенкой камеры. Выделение как газообразных про­дуктов разложения, так и смолообразных, осаждающихся на внутрен­ней поверхности охлаждающего тракта, ухудшает передачу тепла от внутренней стенки к компоненту (снижению коэффициента теплопе­редачи), что может выявить прогар стенки и выход двигателя из строя.

Компоненты топлива и продукты их сгорания должны быть как можно менее агрессивны по отношению к элементам конструкции дви­гателя.

Таким образом компоненты топлива как хладоагенты должны обладать:

высокой удельной теплоемкостью;

высокой теплопроводностью;

высокой температурой кипения;

высокой химической стойкостью при нагреве;

малой агрессивностью к элементам конструкций двигателя.

4) Эксплуатационные требования

Эта группа требований определяется наилучшими условиями транспортировки и хранения топлива как вне ДЛА, так и непосред­ственно в заправленном изделии, условиями взаимодействия с ок-ружающей средой, обслуживающим персоналом, конструкционными ма­териалами.

Компоненты топлива должны обладать следующими свойствами.

1. Высокой физико-химической стойкостью при длительном хра­нении и при изменении внешних условий: температуры, давления, влажности, перегрузки, вибрации и т.д. Это гарантирует безопасность при хранении топлива или заправленного изделия и получения заданных характеристик при запуске и работе двигателя.

2. Низкой температурой эамерзания и высокой температурой кипения, что позволит использовать изделия в широком диапазоне изменения температуры окружающей среды.

3. Малой химической активностью к конструкционным материа­лам, что позволяет избежать применения для ёмкостей, в которых хранится топливо, и для элементов конструкции двигательной уста­новки (баков, магистралей, управляющей и запорной аппаратуры и т.д.) специальных дорогостоящих материалов.

4. Наименьшей токсичностью, т.е. как можно меньшим воздействием на организм человека и окружающую среду. Токсичные вещества требуют собдюдения строгих и сложных инструкций по технике безопасости при эксплуатации изделий на этапах обработки, при хранении, транспортировке, заправке топливом и пр. Кроме того, они требуют разработки и создания специальных, часто очень сложных и дорогостоящих сооружений для уменьшения вредного воздействия на окружающую среду.

5. Малой взрывоопасностью при ударном, световом, тепловом и других воздействиях. В противном случае требуется разработка специальных мероприятий, исключающих такие воздействия.

К топливам, находящимся в твердом агрегатном состоянии и использующимся в виде твердого тела той или иной формы, предъяв­ляются дополнительные требования, связанные с обеспечением за­данных физико-химических характеристик, которые гарантируют сох­ранение сплошности заряда при хранении, транспортировке и воз­действии перегрузок при запуске летательного аппарата.

5. Экономические требования

Топливо должно иметь как можно меньшую стоимость производства, что определяется: наличием сырьевой и промышленной базы, уровнем технологии производства; широтой использования в смежных отраслях промышленности.

Подводя итог рассмотренным требованиям, предъявляемым к топливам ДЛА, следует отметить, что удовлетворение всех этих требований при выборе топлива для двигателя изделия конкретного назначения является сложной задачей. Поэтому конструктор при выборе топлива, исходя из многостороннего анализа создаваемого ЛА (требуемых тактико-технических характеристик, назначения, области применения а пр.), должен отдать предпочтение тому топ­ливу, которое максимально удовлетворяет изложенным выше требова­ниям.

ЛИТЕРАТУРА

I. Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Под ред. В.М. Кудрявцева. – М.: Высшая школа, 1983. - 703 с.

2. В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин. Теория ракетных двигателей. – М.; Машиностроение, 1980. - 536 с.

3. Т.М. Мелькумов, Н.И. Мелик-Пашаев, П.Г. Чистяков, А.Г. Шиуков. Ракетные двягатели. – М.: Машиностроение, 1968. - 511 с.

4. С. Сарнер. Химия ракетных топлив. – М.: Мир, 1969. - 488 с.

5. М.С. Штехер. Топлива и рабочие тела ракетных двигателей. – М.: Машиностроение, 1976. - 301 с.

Оглавление

I. Общие понятия и определения ...........................................1

2. Классификация химических топлив ДЛА ...................................2

3. Основные характеристики химических топлив .............................3

4. Требования к топливам ДЛА .............................................5

5. Экономические требования ..............................................8

Литература ...............................................................9

9