Сухов А.В., Парыгин К.Э. - Топлива жидкостных ракетных двигателей (1043382), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Озон О~ представляет собой аллотропическое видоизменение кислорода с тремя атомами кислорода в молекуле. Озон в газообразном виде имеет голубой цвет. в жидком — земно-синий. Полу июз его в озонаторах с помощью электрических разрядов. Озон является неустойчивым вещесттюм. склонным к взрывному разложению под воздействием внешних импульсов. Чувствительность к взрыву меняется по мере разбавления озона кислородом, в котором ои хорошо растворяется. Полная взаиморастворнмость наступает прн 120 К. Однако прн более низких температурах происходит расслаивание растворов вследствие большой разности температур кипения озона 11б1,3 К) и кислорода (90,1 К).
Озон обладает высокими энергетическими характерисгиками и химической активностью. Многие органи веские вещества при контакте с ним самовоспламеняются. Все металлы (кроме золота, платины и иридия) быстро окисляются озоном. С жидким озоном совместимы алюминий, нержавеющая сталь, титан, стекло, пирекс, тефлон. Воздействие больших количеств вызывает раздражение легких и опухоль легочных тканей. Наибольшую трудность при работе с Оз представляет его склонность к детонации. Чистый озон стабилен, но в присутствии примесей, включая Оз, может детонировать.
Озон очень чувствителен к удару. Достаточно слабого дуновен ия„чтобы детонировал даже чистый озон. Жидкий озон как окислитель ЖРД зна длельно эффективнее жидкого Оъ так как имеет больц|ие У, и р, но не применяется из-за взрывоопасностн. Растворы озона О', в жидком кислороде 02 с концентрацией до 24 % по массе ие взрываются, но испарение более легко кипящего О~ и псреобогащение жидкости озоном О; могут сделать ее взрывоопасной.
12 Фтор Р. в природе распространен в виде соединений достаточно широко. Сырьем для получения фтора являешься плавиковый щпат или флюорит СаЕз. Газообразный фтор имеет бледно-желтый цвет. В жидком состоянии фтор имеет ярко-желтый цвет. Фтор — наиболее активнъ1й окислителъный элемент. Все реакции с фтором протекают с отнятием электронов у атомов других элементов.
Таким образом, фтор является только окислнтелем. С кислородом, хлором и аютом фтор не взаимодействует без внешнего электрического воздействия. При электрическом разряде в смеси с кислородом или хлором образуются фторнды этих элементов. Все остальные элементы реагируют со фтором при непосредственном соприкосновении с ним. При высокой температуре фтор воздействует даже на платину. При низкой температуре действню фтора лучше всего сопротивляется иридистая платина„когарая может быть заменена никелем„алюминием, медью, покрывающимися в атмосфере фтора защитиой пленкой фтористой меди, никеля, алюминия, Из эластичных уплотнительных материалов может быть реализован фторопласт, тефлон.
Фтор является вьюокотоксичным веществом. Предельно допустимая концентрация фтора в воздухе 0.00003 мг/л. Он сильно разъелает кожу, глаза и дыхательные пути, поэтому работать с нийб необходиъю только в защитной одежде. Резкий, раздражающий характерный запах фтора обнаруживается при концентрации 2-10 мг/л, поэтому вдыхание опасного количесз ва фтора возможно лишь случайно. Таким образом, при использовании с углеводородами (керосином) фтор образует топливо, мало отличающееся по удельному импульсу от керосиново-кислородного топлива. хотя и имеет большую плотность.
Преимущества фтора перед кислородом является его высокая активность вступления в реакцию. Степень днссоциации фторидов значительно меньше, чем окислов црн тех же условиях (рк и Т,)„что повышает.У, ДУ. Однако крайняя агрессивИОсть и высОкая тОксичнОсть фтора пОка затрудняют его испОльзОвание в ЖРД. Фтойистын кислород Ор — одно иа бинарных с адт ткний кнснорода и фтора, представляющее интерес как окислитель жидких топлив ЖРД, поскольку ОРз может быть эффективнее Оз. Фтористыи кислород, пли моно- окись фтора ОЕз, —.
наиболее стабигл ное соединение кислорола с фтором, В жидком состоянии он имеет ярко-желтый цвет. По химической активности фтористый кислород подобен озону (менее активен, чем фтор). Фтористый кислород является стабильным соединением — не разлагается при нагревании выше 370 К. Смеси фтористого кислорода с водяным паром детонируют. ПО токсичности ОГт не уступает фтору. Однако существеннь~м преимуществом его являет~я высокая (по сравнению с кислородом) температура кипения ( 3 8„3 К), позволяющая хранить его при условии Охлаждения жидким кислородом пол небольшим давлением в герметично закрытых емкостях, что существенно облегчает транспортировку, хранение и эксплуатацию фтористого кислорода.
Фтористый кислород целесообразно исполъзовахь с горючими, содержащими углерод. Прн этом топлива на основе ОЕ. менее эффективны. чем топлива на основе Гъ но превосходят по эффективности кислородные. В сочетании с водородом Р2 н ОРр образуют ~оплива, имеющие одинаковый.~ но последние на 25 % легче. Производство ОР~ сложнее, чем Г . Фторнстый кислород как окислитель ЖРД пока применения не получил. Т х то истый хло С1Гз, или трифторид хлора„принадлежит к гвлоидным соединениям фтора. Представляет собой слегка зеленоватую, тяжелую, подвижную жидкость. В твердом виде трифторид хлора белый. в газообразном — бесцветный. Имеет запах хлора или горчицы.
Трифторид хлора являеп:я очень активным окислителем, как Гз и ОГ2. Многие органы геские вещества при контакте с ним воспламеняются Взаимодействие С!Гз с водой протекает со взрывом. С большинством металлов трифторид хлора активно взаимодействует с образованием защитной пленки фторнда, препятствующей дальнейшему его разрушению. Для изготовления емкостей под С!Рз используют латунь, медь, магниевые сплавы, обычные мягкие стали и никель. Храпение и транспортировка С!Г» должны производиться в условиях полной герметичности под давлением собственных паров (при температуре 323 К и давлении -0,5 МПа).
Фто истый пе хло ил ГС1О. — бесцветная жидкость сладковатого запаха. Он не чувствизелен к удару и другим инициаторам взрыва, однако с горючими веществами образует взрывчатые смеси. С некоторыми органическими веществами реагирует с самовоспламенением. Безводный фтористый перхлорил коррозионно пассивен и может храниться в стеклянной и металлической таре.
При наличии влаги вызывает коррозию большинства металлов. Токсичность фтористого перхлорила значительно ниже токсичности других фторсодержащнх окислителей. Т и о и аюта !ЧГ, — светло-зеленая жидкость, не имеет запаха, взрывоопасна, устойчива к механическим, термическим и химическим воздействиям, стабильна. В паре с водородом,7,. = 4000 мыс. Получить можно в результате реакции аммиака с фтором прн избытке последнего: 4ЫН,+3Г,=-МГз -3)!Н.г. Хранят М з в резервуарах из нержавеющей стали, никеля и меди. 2. Горючие жидких ракетных топлив 1 орючим топлив ЖРД называется вещество или совокупность веществ, содержащих в своем составе преобладающее количество горючих элементов, окисляемых в процессе реакции горения.
Горючие элементы занимают первые три периода таблицы Менделеева. Волыпинство из них дают при сжигании с кислородом окислы с высокнмн температурами кипения: Е)Π— 2823 К, МяΠ— 3374 К, ВеΠ— 4! 23 К, А! Оз — 2980 К 1сублнмация) Наличие в продуктах сгорания веществ в конденсированной (жидкой либо твердой) фазе снижает скорость истечения И',, а, следовательно,Х топлива, Если предположить„что эти окислы будут находиться в камере сгорания в газообразном состоянии„то !вследствие оцень высоких значений теплоты испарения) теплота сгорания этих элементов станет существенно ниже теплоты сгорания углерода, а в случае использования бериллия, теплоты реакции сгорания лаже не хватит для 1юлного испарения образовавшегося окисла.
Поэтому изучение возможностей применения в качестве горючего таких металлов, как ~л, Ве, В, А1 и др, является в настоящее время одной из важнейших задач. Несколько особое положение занимает бор, образующий окисел В~Оз с температурой кипения Т, = 2373 К и относительно небольшой теплотой испарения, Однако низкое значение газообразования для пятиатомной молекулы В Оз резко снижает эффективность бора как горючего топлива ЖРД. Лишь углерод и водород ~огут быль относительно легко ~спол~~о~~ны в индивидуальном состояшш, так как в условиях рабогы КС ЖРД они дают газообразные пролукты сгорания. Причем объем продуктов сгорания водорода существенно вып|е, чем углерода. Это дает„основание заключить, что ценность, водорода как горючего с этой точки зрения существенно выше„чем углерода.
Таким обраюм, при использовании кислородсодержащих элементов целесообразно применять в качестве горючих водород и углеводороды с максимальным содержанием водорода. Исполыювание в качестве горючего индивидуальных элементов затруднительно. В связи с эчим основным источником горючих компонентов являются сложные соединения, содержащие в своем составе атомы горючих элементо~. При этом необходимо помнит~, что они должны ~~еть жидкое агрегатное состояние и отличаться значительным газообразованием, но дает возможность получать болыций запас потенциальной энергии газа„превращающейся в кинетическую энергию струн Если выбрать в качестве минимальной теплоту сторания углерода (-9000 кДж~кг), то число веществ„которые следует использовать как горючие для ЖРД, значительно сократится.
Однако нужно учитывать„что присутствие в горючем азота снижает теплоту сгорания топлива как на основе кнслородсодержащих, так и фторсодержащих окислителей. Тем не менее, наличие в продуктах сгорания двухазомной молекулы ЬЬ со сравнительно иебольшой молекулярной массой ~М = 28) может улучшить характеристики рабочего тела ~Р„,) н в некоторых случаях даже повысить .У, топлива.
Присутствие в горючем окислительных элементов (кислород, фтор, хлор), как правило, снижает эффективность топлива. В качестве горючих практическое применение в ЖРД нашли углеводо- роды, амины, гидразин и его производные, водород, аммиак„кислородсодержащие горючие. Горючие можно разделить на следующие основные группы: оединаник углеводороды — продукты перегонки нефти (керосин С7д Н| ~ ~~) и- низкомолекулярные (метан СН~, пропан С~К~, природный газ); амины ~диметиламин ('СНз)2ЬН, ксилидин С~Н9М+Д н диамины (монометилгидразин СН,Щ4ь симметричный н несимметричный диметилгидразин (СНзЦЧзНз,); 15 спнр«ы (метиловый СН«ОН, этиловый С Н ОН, бутиловый С4Н«ОН); нитросоедннения (нитрометан СЩЧОз, тротил или «ринитротслуол.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
