Диссертация (Углеводородное горючее на основе керосина с присадками для повышения энергетической эффективности ЖРД), страница 6

В 1937-1938 годах основная работа делалась срастворами N2O или NH4NO3 в аммиаке. Но результатами этих экспериментовбыли лишь взрывы и разрушенные двигатели. Тем не менее, в наши дниразработки пульпообразного топлива вновь набирают обороты [46].Также существовала комбинация топлив, которую в БМВ и в АРИБ называли"Литерголами". Перекись или закись азота, N2O, впрыскивалась в двигатель, вкотором были закреплены несколько стержней пористого угля. Закись азотаспособна к экзотермическому разложению на кислород и азот, а перекись - накислород и пар, и они могут работать как однокомпонентные топлива.Исследования компонентов топлив в Соединённых Штатах сильно походилона исследования в Германии.

В Америке не было A-4 и высококонцентрированнаяперекись водорода была недоступной в этой стране, но рассматривались другиеокислители.Американскиеисследователииспользовали76процентнуюхлорнуюкислоту, тетранитрометан, но основным окислителем, использовавшимся в СШАв составе топливных пар, была красная дымящаяся азотная кислота (КДАК),содержащая 6-7 процентов N2O4. Они пробовали сжигать в тигле разные горючиес этой кислотой - бензин, петролейный эфир, керосин, метиловый и этиловыйспирт, скипидар, льняное масло, бензол и т.д.

Кислота поддерживала горение.Также было обнаружено, что гидразин-гидрат и бензол гипергольны с ней. ВСША КДАК была лучшим окислителем, и исследователи того времени считали,что единственным источником проблем, связанным с кислотой, является еёкоррозийная активность, которая может быть преодолена использованиемкоррозийно-стойких материалов. Однако, при работе с КДАК и бензином ещё в291941 году ученые немедленно столкнулись с проблемой. Её почти невозможноподжечь.

И если же это все-таки удавалось, то они чаще всего получали взрыввместо надёжного зажигания, которого они пытались добиться. Проблема быларешена использованием другого горючего. Анилин и КДАК при контакте давалинадежное воспламенение, которое происходило сразу, а процесс горенияотличался устойчивостью.К первому апреля 1942 года в США работал на стенде мотор на 1000 фунтовтяги, а пятнадцатого он помог взлёту среднего бомбардировщика A20-A - это былпервый полёт с жидкостным JATO в соединённых Штатах.Но перспективы использования такой топливной пары были обречены. Вопервых, анилин был очень редким веществом во время войны. Во-вторых, оночень ядовит и быстро проникает под кожу.

И в-третьих, он замерзает при -6,2°Cи поэтому является топливом строго для летних кампаний.В остальном военный период характеризовался двумя тесно связаннымиисследовательскими темами. Одна из них была направлена на снижениетемпературы замерзания анилинового топлива, другая пыталась как-нибудьсделать бензин самовоспламеняющимся с азотной кислотой.В ЛРД смешивали анилин с ортотолуидом, близким аналогом, и получилиэвтектику, замерзающую при -32°C. Но о-толуидин был такой же редкостью, каки анилин, и хотя смесь успешно работала на стендах, она никогда не дошла допромышленного использования.

Более практичной добавкой был получаемый изшелухи овсянки фурфуриловый спирт, которого в то время не было в Германии.20% фурфурилового спирта в анилине снижали температуру замерзания до 17,8°C, а эвтектика, 51% анилина и 49% фурфурилового спирта, имелатемпературузамерзания-42°C.Фурфуриловыйспиртсамовоспламенялсяпримерно так же, как и анилин.Одной из лучших добавок также являлась смесь ксилидинов, но требовалосьдобавитьпримерно50%,чтобыобеспечитьнадёжноеибыстроесамовоспламенение - что делало ксилидины не добавкой, а большей частьютоплива.30В работе [66] рассмотрена возможность реализации воспламенения топлива(ВПВ + керосин) за счет небольшой добавки (3%) к керосину ацетилацетонатамарганца (Mn(C5H7O2)3.

Для растворения порошкообразного ацетилацетоната вкеросине потребовалось растворить его предварительно в ксилидине. Однако, прихранении на свету ацетилацетонат марганца выделяется из раствора в видемелких кристаллов и под действием гравитации оседает на дно емкости.Опыт иностранных исследователей, а также отечественные разработкипоказывают, что самовоспламеняющиеся топлива, как правило, представляютсобой сложные химические соединения, зачастую высокотоксичные. Некоторыеиз них не удовлетворяют эксплуатационным требованиям. Тем не менее, поискиновыхкомпонентов,атакже возможныхихвариацийдляполучениясамовоспламеняющейся топливной пары не прекращаются.Недавно внашейстранекомпания«РТ-Химкомпозит» разработалавысокоэффективную технологию производства орбитального пускового горючегоПГ-2[44].Предприятие«ГНИИХТЭОС»,входящеевхолдинг«РТ-Химкомпозит», наряду с производством продукта, проводит весь комплексисследований по определению качественных показателей используемого сырьядля его производства, а также контрольные испытания по аттестации горючегоПГ-2 и его паспортизацию.

Мощность созданного производства пусковогогорючего способна обеспечить потребности космической отрасли в данномпродукте.1.3 Выводы по главеВ результате анализа доступных литературных источников установлено:1. Введение в керосин полимерной присадки ПИБ существенно снижаетгидродинамичесике потери на трение в магистралях горючего двигателя, восновном в агрегатах подачи и в тракте регенеративного охлаждения камеры.Такойэффектпозволяетснизитьпотребляемуюмощностьнасосаи,31следовательно, потребную мощность турбонасосного агрегата (ТНА). Снижениемощности ТНА способствует снижению энергонапряженности двигателя в целом;2. Феномен снижения гидропотерь на трение при турбулентном течениижидкости с малыми полимерными добавками происходит из-за взаимодействиямакромолекул полимера с турбулентными структурами в пристенной зонетечения, в результате чего происходит подавление поперечного турбулентногопереноса.РаботоспособностьЖРДсполимернойприсадкойПИБиэффективность ее применения подтверждена огневыми испытаниями двигателейРД170 тягой 740тс, двигателя 14Д22 тягой ~ 80 тс и двигателя 11Д58М тягой ~8тс.

В частности, получены следующие данные: Не обнаружено отрицательного влияния присадки на рабочий процесс в КС(на удельный импульс тяги, на вибро-аккустические характеристики); Не обнаружено отрицательного влияния присадки на регенеративноеохлаждение камер; В продуктах сгорания не выявлено токсичных веществ, в частностиформальдегида при проведении ОИ двигателя РД 170 с присадкой ПИБ.3.

Применение полимерной присадки в ЖРД с дожиганием турбогазапозволяет понизить температуру генераторного газа на входе в турбину приноминальном значении тяги либо, не повышая температуру генераторного газа,форсировать двигатель по тяге, что позволит увеличить массу ПГ, выводимогоносителем;4.В двигателях без дожигания уменьшение потребной мощности ТНАпозволит уменьшить запас рабочего тела турбины на борту РН (для РН серии«Союз»: в блоках А – Д на 450 – 500 кг, в блоке И на 76 кг). Это позволитувеличить массу ПГ;5.В результате анализа проведенных исследований по самовоспламенениютоплив можно заключить, что большинство исследуемых ранее композиций,являющихся гиперголическими,использованиявракетныхбыли далеки от возможности реальногодвигателях.Многиеизнихявлялись32высокотоксичными химическими веществами, не удовлетворяли требованиям квоспламенению в ЖРД, а также не обладали необходимыми эксплуатационнымикачествами.

В условиях современных требований к компонентам топлива ЖРДнеобходимо создание такой пары, которая соответствовала бы высокимпоказателямхорошимидостаточнаяэкологичности,теплопроизводительности,эксплуатационнымисырьеваяпоказателями.базаиКромеатакжеэтого,недороговизнаобладаланеобходимапроизводства.Самовоспламеняющиеся компоненты, безусловно, дают много преимуществ,таких как отказ от системы воспламенения, работа в импульсном режиме и др.Исходя из отмеченного, целесообразно создание нового горючего на основе ужеимеющегося, например керосина, с незначительной его модификацией.33ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВРАСТВОРОВ ПИБ В КЕРОСИНЕПо заданию ОАО «НПО Энергомаш» проведено комплексное исследованиесвойств растворов высокомолекулярного полиизобутилена в ракетном горючемРГ-1 (нафтил) разных концентраций и соответствие их нормам ТУ 38.001244-81[45].

Определение степени изменения свойств керосина и корректировка ТУпомогут ускорить внедрение нового горючего и использовать на действующихкислородно-керосиновых двигателях в качестве основного.Впроцессеисследованиябылоизученовлияниедобавкивысокомолекулярного ПИБ на фракционный, элементный и углеводородныйсоставы керосина, а также на его физические, эксплуатационные свойства и натеплофизические характеристики.Изучение свойств и характеристик керосина с добавкой ПИБ проводились взависимости от содержания (концентрации) полимера в растворе. Диапазонконцентрацийвыбранэкспериментальноизусловиямаксимальнойэффективности применения полимерной присадки ПИБ в ЖРД.2.1 Объекты исследованияДля проведения исследований ОАО «НПО Энергомаш» предоставилораствор высокомолекулярного полиизобутилена в нафтиле концентрации 0,5%, изкоторого путем разбавления с чистым нафтилом приготавливались лабораторныеобразцы для изучения. Все образцы приготовлены из одной партии топлива.1.