Теория и расчёт воздушно-реактивных двигателей под ред. Шляхтенко С.М. (1014193), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Из рассмотрения приведенных данных следует, что наивысшей массовой гпеплотой сгорания обладают водород, берилий и бор (120 ... 60 МДж), средний уровень Н„ (40 ... 30 МДж) характерен для лития, углерода и алюминия. Объемная гпсплота сгорания высока у «тяжелых» веществ — бора, бериллия, алюминия, углерода, имеющих Н, ж 135 ... 70 МДжlдма при плотности р, = = 1,84 ... 2,7 кгlдм'. Высокой теплопроизводигпельностью (максимальной температурой горения) характеризуются металлы (Ь1, Ве, Мя, А!) и металлоид В (7200 ... 5500 кДж/кг). Следует отметить, что все металлы и бор образуют при сгорании твердые окислы, снижающие работоспособность продуктов сгорания и дающие дым.
Ввиду сильной дифференциации свойств отдельных горючих веществ целесообразны их комбинации в виде механических смесей или химических соединений и„в первую очередь, соединений с водородом как наиболее теплотворным горючим. Хорошо известны соединения водорода с углеродом (углеводороды), с бором (боргидриды или бороводороды), тройные соединения бора, углерода и водорода (бороорганические вещества). Гидриды металлов (Ь1, Ве, А1, Мд) практически непригодны к использованию как топлива ВРД (рис.
2.4). Водород, заправляемый в баки в жидком виде и поступающий в двигатель в виде газа, как наиболее теплотворное из всех химических топлив, обладающее также рядом других положительных свойств (см. равд. 2 4), считается наиболее перспективным массовым топливом для авиации. 60 Углеводородные топлива, получаемые из нефти, в настоящее вр емя являются основным топливом авиации и других видов транспорта (см. равд. 2.3). Обладают средними значениями теплот егор- ани я и высокими эксплуатационными качествами.
Твердые углеводороды используются как компоненты зарядов твердого олива ВРД. Борводородные топлива (например, пентаборан В,Н» и декаборан В„Ны) представляют собой жидкости нли легкоплавкие твердые вещества с высокой массовой теплотой сгорания (65 ... 68 МДж/кг), крайне токсичные и в эксплуатации мало пригодные. Бор — как топливо ВРД обладает уникальным сочетанием свойств. Он имеет массовую удельную теплоту сгорания, более чем на 30 % превышающую Ни авиационного керосина, самую в соку ы ю из всех химических топлив объемную теплотворность ь Н и достаточно большую удельную теплопроизводительность (в два раза большую, чем у керосина Т-1). Поэтому представляет ин р терес использование бора как топлива ВРД, главным образом ебв малогабаритных летательных аппаратах при высоких потр ных тяговых характеристиках двигателей типа ПВРД.
Бор может применяться в виде мелкодисперсного порошка, который непосредственно подается в камеру сгорания с помощью специальных стройств, или используется в виде суспензии (взвеси) в углеводородном топливе, или входит как компонент твердого топлива ракетно-прямоточного двигателя (РПДТ).
Алюминий и магний в виде порошков могут использоваться как компоненты твердых топлив ПВРД и РПДТ, повышая за счет высокой температуры сгорания тяговые характеристики двигателей и уменьшая объем зарядов за счет высокой плотности.
Бериллий и литий, несмотря на высокие энергетические показателй в настоящее время не используются как топлива ВРД, вследствие неблагоприятных эксплуатационных свойств (продукты сгорания бериллия сильно токсичны, литий склонен к савоспламенению при нагреве в воздухе и при контакте с водой и др,). Ряд горючих в комбинированных ВРД (ракетно-прямоточных, ракетно-турбинных) используются в составе двухкомпонентного топлива, т. е. с бортовым окислителем, предназначенным для частичного сжигания горючего н его газификации. Прн использовании жидких компонентов в качестве окислителя может быть применена азотная кислота НЯОз или другой окислитель ЯРД, В твердых унитарных зарядах в качестве окислителя примеяются нитраты (К)х)О,), перхлорат аммония ЫН«С10«и други твердые окислители, содержащие в избыточном количестве кислород.
Рассмотрим более подробно авиационные топлива массового применения: современные авиационные углеводородные топлива, перспективное — жидкий водород, а также особенности приме-' нения в ВРД ядерной энергии. 61 Таблица 23 Температурные прспсвы выив- папвв, С Фрапиив Легкие: Бензиновые Лигроииовые Керосиновые Газойлевые (дизельное топливо) 40 ... 200 120 ... 230 150 ... 300 200... 350 Остатки после нагрева до 310 ... 350'С Тяжелые (мазут) 83 ... 37 11 ...!4 0 1 ...
1 3 0,02 ... 1,7 0,01 ... 7 62 2.3. УГЛЕВОДОРОДНЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ТОПЛИВА В широкий класс авиационных топлив входят н топлива ВРД н бензнны для поршневых двигателей, поэтому в дальнейшем будем говорить только о топливах ВРД вЂ” нлн, как нх называют, реактивных топливах. Исходным продуктом для получения реактивных топлнвслужнт нефть — полезное ископаемое органического происхождения. Сорта нефти различаются по плотности (от легких с р ( ( 0,87 г/сма до тяжелых с р ) 0,91 г/смз) н содержанию серы (от малосерннстых с 5 < 0,5 о е до высокосерннстых с Я ) 2 о о). Состав нефти обычно точно не определяется, так как нефть представляет собой очень сложный набор разнообразных химических соединений, основу которых составляют углеводородные соединения различных типов. Поэтому состав нефти (н ее производных, в том числе н реактивных топлив) характеризуют косвенно через понятия элементного (т.
е. состава по химическим элементам, см, табл. 2.2), фракционного н группового составов. Ф р а к ц н о н н ы й с о с т а в нефти определяется диапазонами температуры выкипания углеводородных компонентов, соответствующими стадиям процесса прямой фракционной перегонки нефти (табл. 2.3). Для производства реактивного топлива нз легких фракций пригодны керосиновые н лнгронновые фракции. Групповой состав нефти, т. е. состав по типу сов держащихся в ней веществ обычно контролируется. Этн же групп еществ присутствуют в реактивных топливах, хотя нх соотноы шенне меняется в результате процессов переработки н очистки.
Основную массу углеводородных соединений, имеющих положительные свойства, представляют парафины (нз ряда предельных насыщенных углеводородов с наибольшим содержанием водорода) н нафтенм (циклические, насьпценные, обогащенные водородом соединения). В нефти может содержаться до 20 о ароматических циклических углеводородов с повышенным содержанием углерода.
Онн уменьшают теплоту сгорания топлива, ухудшают полноту его сгорания, увеличивают склонность к нагарообразованню. Их содержание в топливе должно т а 6 л и н а 2 2 быть ограничено. Присутствие в нефти н реЭлемептпыа состав нефте (по массе) % аКТНВНЫХ ТОПЛНВЗХ Нвпрвдглз" ных углеводородов (олефи нов) С крайне нежелательно нз-за нестабильности н перерождения О этих соединений прн хранении, )ч в результате чего образуются 8 нежелательные вещества — органические кислоты, смолы н др. Особенно вредны содержащиеся в нефти сера н сернистые соединения нз-за нх коррознонной активности. Реактивные топлива подлежат максимально возможной очистке от серы.
Переработка нефти для получения топлив осуществляется в трн этапа: первичная перегонка (выделенне легких фракций); вторичная деструктивная переработка (расщепленне н направленное изменение строения молекул тяжелых фракций); заключительная очистка. П р я м о й и е р е г о н к о й с последующей очисткой в настоящее время получается основная масса реактивных топлив. Однако прн доле всех легких фракций 40 ...
50 ' от нефти выход авиакеросина составляет всего 9 ... 15 е . Широко распространенный в промышленности для расширения выхода легких фракций термический крекинг (расщепленне прн высоких давлениях н температуре молекул тяжелых фракций нефти) неприменим для производства реактивных топлив нз-за низкой стабильности крекинг-продуктов (вследствие высокого содержания непредельных углеводородов).
В последнее время внедряется процесс г н д р о к р е к н н г а, т. е. рчрекннга в присутствии газообразного водорода, насыщающего асщепленные молекулы водородом н устраняющего ряд вредных жеществ. Выход высококачественных реактивных топлив возрамтает до нескольких десятков процентов, но стоимость нх оказы'узается существенно более высокой. Обычная о ч н с т к а прямогонных топлив от непредельных углеводородов, смол, органических кислот, соединений серы н других вредных примесей производится обработкой серной кислотой, многочисленными промывками водой н щелочнымн растворами с последующим отстоем.
В последнее время широко внедрена г ядр о очи ст к а прямогонных продуктов, заключающаяся в каталнтнческой нх обработке газообразным водородом. Гндроочнстка существенно повышает качество топлива, в частности, почти полностью удаляет нз него непредельные углеводороды н серу. 63 Основные сорта реактивных топлив Таблица 24 В СССР вырабатывается несколько сортов реактивных топлив, различающихся, главным образом, возможностью применения при сверхзвуковых скоростях полета, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
