Диссертация (Углеводородное горючее на основе керосина с присадками для повышения энергетической эффективности ЖРД), страница 5

При определённых внешнихусловиях скорость разветвления цепей становится больше скорости обрыва цепей.Вследствие этого медленно идущая реакция может перейти в самоускоряющуюся.При этом температура смеси не имеет существенного значения и реакция будетидти самоускоряясь из-за разветвления цепей, если даже температура смеси будетподдерживатьсяпостоянной.Наиболеераспространённымсамовоспламенения является комбинированное цепочно-тепловое.типом24В 1937 году в Германии начались работы по исследованию компонентовракетного топлива [43]. На одной из первых ракет А-4, сконструированныхнемцами, планировалось использовать жидкий кислород и смесь спирта с водой всоотношении 70/30 в качестве топлива. 80-процентная перекись водородаХельмута Вальтера использовалась для привода жидкостных насосов.Высококонцентрированная перекись водорода (80-83%) впервые сталадоступной примерно в 1934 году, и Вальтер использовал её в качествеоднокомпонентного топлива.Но перекись водорода - это не только однокомпонентное топливо, но и оченьнеплохой окислитель.

И Вальтер разработал топливо для него, которое он назвал"Ц-Штофф".(Самаперекисьназывалась"Т-Штофф").Гидразин-гидрат,N2H4*H2O, самовоспламенялся при контакте с перекисью (Вальтер был,возможно, первым разработчиком топлив, обнаружившим этот феномен) и ЦШтофф состоял из 30 процентов гидразин-гидрата, 57 процентов метанола и 13процентов воды и 30 мг/литр меди в виде купроцианида калия, для улучшениязажигания и в качестве катализатора горения. Метанол и вода добавлялисьпотому, чтогидразин-гидрат было сложно найти - настолько сложно, что к концувойны его содержание в Ц-Штоффе снизилось до пятнадцати процентов. ВМессершмитт 163-Б использовались Ц-Штофф и Т-Штофф [43].В Брауншвейге в 1937-1938 годах доктор Отто Лац и доктор Вольфганг С.Ногеррах начали работать над комбинацией Ц-Штоффа и Т-Штоффа.

Такжеразработками новых видов топлива занялась компания БМВ, в 1939 годуполучившая контракт от Люфтваффе на разработку ракетной системы JATO сиспользованием комбинации Ц- и Т-Штоффа. И фон Зборовский, представительБМВ, с начала 1940 года начал работать над комбинацией азотной кислоты иметанола, и в 1941 году убедительно продемонстрировал свои достиженияидеальным тридцатисекундным испытанием двигателя с тягой три тысячи фунтовсилы.В ходе исследований, в начале 1940 года было сделано весьма важноеоткрытие-некоторыетоплива(первымибылианилинискипидар)25самовоспламенялись при контакте с азотной кислотой. Ногеррах присоединился кпроводимым в БМВ поискам топлив, имеющих это интересное свойство. Егокодовое название для азотной кислоты было "Игнол", а для его топлив - "Эргол",и как человек, знакомый с греческим, он придумал слово "Гипергол" длясамовоспламеняющихся комбинаций.

"Гипергол" и производные слова, такие какприлагательное "гипергольный", прочно вошли не только в немецкий, но и ванглийский языки.Обнаружение эффекта самовоспламенения было очень важным. Иногдаиспользуются электрические системы зажигания - а иногда пиротехническиеустройства. Но все эти системы были ненадежными, и каждая добавляланенужныхсложностей.Очевидно,чтосамовоспламеняющиесятопливапозволяют выкинуть все системы зажигания, и предоставить химии делать своюработу. Вся конструкция становится гораздо проще и более надёжной.Но сложности были и тут. Если компоненты топлива попадают в камерусгорания и мгновенно воспламеняются - это хороший показатель.

Но если онипопадают в камеру, успевают в ней накопиться и воспламеняются только потом происходит взрыв, обычно разрушающий двигатель, а также и окружающееоборудование. Общепринятый термин для этого эффекта - "жёсткий старт". Такимобразом, зажигание самовоспламенением должно быть очень быстрым, или оностановится хуже, чем бесполезным. Немцы установили верхний предел в 50миллисекунд в качестве задержки зажигания, которое было приемлемым.Первые измерения задержки зажигания были довольно примитивными. Вовремя поисков веществ, которые бы активно реагировали с азотной кислотой,ЗборовскисМюллеромпропитывалисалфеткуочереднымвеществом-кандидатом, обрызгивали её азотной кислотой и наблюдали, насколько быстроона вспыхнет, либо произойдет ли воспламенение вообще.

Ими был обнаруженинтересный эффект. Старые, использованные салфетки из механическихмастерских вспыхивали гораздо быстрее свежих, пропитанных тем же составом.Следы железа и меди из мастерской, в форме металлов или солей, работали26катализаторами возгорания. С тех пор к компонентам стали добавлятьмелкодисперсные порошки металлов для улучшения воспламенения.Следующим более современным подходом по определению задержкисамовоспламенения был метод, при котором каплю горючего-кандидата вводиливкислотуобъёмомсчайнуюложку,определяяспособностьксамовоспламенению.

И к моменту окончания Великой Отечественной войны вБМВ было испытано больше 2000 потенциальных топлив.Было разработано много топлив, весьма различающихся между собой, ивместестемоченьпохожих,посколькучисловеществ,которыесамовоспламенялись при контакте с азотной кислотой, и при этом доступны внужных количествах, было ограничено. Тройные амины, такие как триэтиламин,самовоспламенялись, и ещё лучше самовоспламенялись ароматические амины,такие, как анилин, толуидин, ксилидин, N-метиланилин.

Большинство изиспытанных смесей - простые топлива, состоящие из молекул одного вещества,основывалось на семействе анилина, часто с добавками триэтиламина, плюсиногда таких веществ как диметилбензол, бензол, бензин, тетрагидрофуран,пирокатехин и иногда других алифатических аминов.

Разработанная в БМВ«Тонка 250» включала 57 процентов ксилидина и 43 процента триэтиламина (онаиспользовалась в ракете «Тайфун»), а Тонка 500 содержала толуидин,триэтиламин,анилин,бензин,бензоликсилидин.Ногеррахдобавилфурфуриловый спирт к Тонке 250, получив «Эргол-60», который он считал«лучшим» самовоспламеняющимся топливом, и в докладе о нём мечтательнодобавил, что фурфуриловый спирт легко доступен в Соединённых Штатах - вотличие от Германии.Примерно в 1942 или 1943 году работы в И.Г.Фарбене стали постепенносмещаться с исследований смесей, похожих на Тонку и Эргол, с которыми ониработали вначале, на топлива, основанные на "Визолах", которые представлялисобой виниловые эфиры. Виниловые эфиры бурно самовоспламенялись с MS-10,смесью, состоящей из 10 процентов серной кислоты и 90 процентов азотной, изадержкавоспламененияменьшезависелаоттемпературы,чемпри27использовании чистой азотной кислоты.

Однако, MS-10 оказалась коррозионноактивной и со временем окисляла нержавеющую сталь.В 1943 году доктор Хеллер запатентовал смесь, которая состояла из 57,5процентов Визола-1 (винилбутиловый эфир) или Визола-6 (винилэтиловый эфир),25,8 процентов Визола-4 (дивинилбутандиоловый эфир), 15 процентов анилина, и1,7 процентов пентакарбонила железа или нафтената железа (железо добавлялоськ горючему, а не к окислителю, потому что окислитель содержал серную кислоту,а сульфаты железа нерастворимы в азотной кислоте). На эту тему было многоразных вариаций топлив, иногда с заменой n-бутилового компаунда навинилизобутиловый эфир. Так или иначе, более 200 смесей было испытано, средикоторых меньше десяти было найдено достаточно полезными. "Оптолин" былсмесью анилина, визола, ароматических углеводородов, иногда аминов, бензина ипирокатехина.Многие агентства Германии того времени пытались найти добавки, которыепри добавлении в небольших количествах делали бензин или бензол или метанолсамовоспламеняющимся с кислотой.

Вещества типа карбонильного железа иселенида натрия отчасти работали, но такой успех был больше академическим,т.к. эти добавки были слишком редкими, дорогими или слишком агрессивными,чтобы с ними работать.Также велись поиски и возможных окислителей, одним из которых былтетранитрометан (ТНМ). Это хороший окислитель, имеющий определённыепреимущества. Он долгохраним, обладает большей эффективностью, чем азотнаякислота и имеет довольно высокую плотность, так что он не требует большихбаков. Но он плавился при +14°C, а также он взрывоопасен. Смесь в состоянииэвтектики с N2O4, 64 процента ТНМ и 36 процентов N2O4, не замерзает до -30°C, игораздо менее чувствительна, чем чистый ТНМ, но всё ещё считалась опасной,поэтому ее использование также было приостановлено.Очередной неосуществившейся идеей того времени было гетерогенноетопливо-суспензия,илипульпа,металлическогопорошка,например,алюминиевого, в жидком топливе, например, бензине.

Идея была предложена28несколькими авторами, среди них Цандером в России и Зангером в Австрии, иХайнц Мюллер в БМВ провёл испытания, используя алюминиевый илимагниевый порошок и дизельное масло. Эффективность была очень низкая давление в камере было 50-100 psi вместо 300, как они рассчитывали, из-занеполного сгорания металла. Но в остальном результаты были впечатляющими.Испытания однокомпонентных топлив (которые назывались «Монерголы»)продолжались до конца войны.