Сухов А.В., Парыгин К.Э. - Топлива жидкостных ракетных двигателей (1043382), страница 6
Текст из файла (страница 6)
С начала восьмидесятых годов прошлого столетия и па настоящее время ведутся интенсивные разработки н исследования ЖРД на топливе (О )„— (СН~).„, которое рассматривается в качестве наиболее перспективного. Основные его преимушества перед кислород-керосиновым топливом состоят в возможности создания замкнутой схемы ЖРД с восстановительным газо- ) 1 ~+ Г О« ~ «О ~ '«О ' О~ ~ 'Ф ' с~~ ~ «О (1Г1,СР~«««;~«~,З~й'~$ м-4! — ~ —:, м) ~ ~l~ . С-~, -«, с~1 СР , (-",'.~ С «Э " ) Г Г «: > 1 + + м.
( 1 ! ~ ~ Е ~ ~.~ ~ С> ~ Сь ~ ОО ~ оо 1 ос ~ 'О ~ е1 Л:О 1С~~К ~ ~~~ ~И 1С~ О, Г~ О ("~ ~ ~ ~~~ ~ ( О Г ~ ~ '1' 'сГ ' «~'~ ~Р $" с "«, О« ~с~'си:с ~е ~~<~,2~ ~~ ~~ ~! генератором, более высоких энергетических характеристиках ракет 1при одинаковой массе ракеты масса полезного груза больше на 20...30 %)„близости температурных диапазонов жидкой фазы кислорода и метана.
Последнее позволяет использовать новые конструктивные решения на ракете-носителе, способствуя тем самым снижению ее конечной массы. Продукты сгорания жидкого метана в паре с кислородом, как и сами компоненты топлива при аварийных проливах, имеют более высокую экологическую чистоту 1нет взрывоопасных оксиликвидав, которые могут быть у керосина). В таблице 4 даны некоторые характеристики кислород-метанавых ЖРД, модифицированных НПО «Энергомаш»» путем перевода на сжиженный метан ранее разработанных кислород-керосиновых двигателей при максима чьнам использовании их материальной части.
Для сравнения здесь же приведены характеристики двигателей-прототнпов. Видно, что модифицированные метанавые двигатели имеют удельный импульс выше, чем керосиновые, примерно на 200 м/с. Топлива на основе озона имек»т более высокие .У, и р,, чем топлива на основе О. Однако очень высокая склонность Оз н его растворов с О к взрывному разложению под влиянием различных внешних воздействий папрежнему остается основным препятствием использования его в ЖРД. Топлива на основе га а н его соединений по сравнению с топливами на основе О» имеют более высокие У, и р». В то же время, они по доступнастl„стоимости и эксплуаташюнным характеристикам уступают кислородным топливам. Поэтому их целесообразнее применять в тех случаях, когда может быль получен эффект наибольший в сравнении с кислородными топливами.
К этой категории топлив относятся: Г~ ч Н-,, ЬЬН~ + Г,, 1~Н~ -~- Г „ ММГ ~ С1Гь В2Нь + С1Г» и др.„т. е. топливо., не содержащие углерод Наличие в горючем углерода приводит к образованию пятиатомнай молекулы СГь присутствие которой в продуктах сгорания резко снижает скорость истечения и .У, Воспламенение топлив на основе Гр не вызывает каких-либо затруднений, так как высокая химическая активность Г2 и его соединений обеспечнвает самовоспламенение при контакте практически со всеми горючими. В та же время, высокая токсичность и каррозианная активность усложняют эксплуатацию таких топлив. Топлива на основе азотной кислоты Н»1О~ н азотного тет аокси а Ь' О~ обладают меньшей Н, и большей плотностью па сравнению с топливами на основе О2.
Впервые предложены и апробированы В.П. Глушко в 1932 г. В настоящее время азотная кислага вследствие сравнительна низкой теплоты сгорания Н„, термической нестабильности. высокой коррозианной активности и др. утратила значение как окислитель жидких топлив ЖРД в чисгам виде. Наибольшее применение находят топлива на основе НХО с добавкой И.О,», либо И~О в чистом виде с использованием горючих: аминов, гидразина, НДМГ, их смесей и других, которые самовоспламеняются прн контакте„ как с азотной кислотой, так и азотным тетраоккидом. Такого рода самовоспламеняющиеся топлива абладмот хорошими пусковыми свойствами и устойчивым раба~им процессом. СЗ ! 1 оо оо ФЪ Г1 4Р' СР 4;Р = + х ~ 1К' СЭ ~3, оо' а 3.~ 7, Т 1 оо ч; ~ч +- 1 о ф 1~1 1 оо ( 1 - — — -+ 1 1 оо о, й 1 65 б$ со 1О ~~о о а ж~ ж1 Е= оо Ж ~ О~ 1-::ОО <-~ О» с~ О Г" ~оо е~ ~ 1, > о~ о т о.оо~ с» 1Ж 1О Ц А ~4Р ) ОО Ь1 11 ~ о) ! ! о 1 Самовсснлвменяющиеси топлииа ппелстааленнме а таблиле 5, могут применяться или как самостоятельное топливо.
или как средство для воспламенения основного топлива. 1 Окислитель Горючее ' С1га ' Р~ ,'' О2 1 Н2Од Низ ~ НаО2 ' ' С!С~Н~ К | К ~ Н ~ ловый спирт, С ~~С~~Н( С С К 1~,Н, г . ~ !, ! ! ММГ ~' ,~С С)я~С ~ С ~Н~ | С вЂ” свмовосплвменянущнеся„н — несамовосплвменяищиеся„ К вЂ” самовоспламеняющиеся в присутствии катализатора.
Основные преимущества применения самовоспламеняющихся топлив перед несамовоспламеняющимися. 1. Значительное упро~цение всей системы запуска, так как никакие особые устройства для зажигания топлива в этом случае не требуются. Отсюда более надежный пуск двигателя. 2. Меньшая опасность взрыва смеси в камере сгорания, так как скопление несгоревшего топлива в камере менее вероятно. 3.
Значительное уменыпение объема камеры сгорания, что приводит к увеличению литровой тяги и уменьшению массы конструкции. 4. Более устойчивый процесс работы двигателя по отношению к низкочастотным пульсациям. Но. с другой стороны, самовоспламеняющиеся топлива создают болыпую пожароопасность, например„при наличии утечек из баков с компонентами.
Освоение в пронзводсгве зтих топлив значительно сложнее. Кроме ття о, самовоспламеняюшиеся топлива обладают, как правило, более высокой токсичностью, чем иесамовоспламеняющиеся (Н~ + О2, керосин + О2 и др.). Помимо основных компоненгов самовоспламеняющихся топлив применяются катализаторы и инициаторы самовоспламенения, необходимые лля получения требуемых характеристик воспламенения. Существующие методы оценки инициаторов и катализаторов самовоспламенения основаны на апре- делении периода выдержки самовоспламенения тл. Пад т, понимается период времени с момента контакта горючего с окпслителем до момента появления видимого пламени.
Для самовоспламеняющихся топлив на основе Низ и И~О» т, не должно превышать 0„02-0„05 с при Т вЂ” 243-233 К. Ббльшие значения т,. не допускаются, так как это может привести к забросу давления в камере при запуске ЖРД и выходу его из строя. На условия воспламенения, в частности величину т большое влияние оказывает химический состав горючего и окислителя„их концентрация, температура, давление, коэффициент избытка окислителя ~х, опережение подачи одного пз компонентов в камеру ЖРД, способ смешения компонентов, тонкость»»х распь»ла и т д. Так, с~ишим тонкий распыл каждого из компонентов 12 — 3 мкм) не дает самовоспламенения, что объясняется неблагоприятным тепловым балансом (подвод тепла за счет реакций и ~тверд тепл~ за счет гндродинамических явлений). При этом не исключен взрыв. Из сказанного следует, что процесс самовоспламенения зависит не только от химических свойств компонентов, но и физических 1гидродинамических1 явлений.
Поэтому период задержки самовоспламенения зависит также от конструкт»»вных элементов двигателя, влияющих на процесс смесеобразовання. Литература 1. Паушкин Я.М. Химия ракетных топлив. — М.: Изд-во АН СССР. 1962.— 436 с. 2, Сарнер С Химия ракетных топлив. — М.: Мнр, 1969. — 488 с. 3 Штехер М.С. 1оплнва н рабочие тела ракетных двигателей — М.: Ма»пиностроение„1976. — 304 с. 4. Болыпаков Г.Ф. Химия и технология компонентов жидкого ракетного топлива. — Л.: Химия, 1983. — 320 с. 5.
Козлов А.А., Новиков В.Н., Соловьев Е.В. Системы питания и управления жидкостных ракетных двигательных установок. — М.: Машиностроение, 1988 — 352 с. 6. Тимнат И.М. Ракетные двигатели на химнческол» топливе — М.: Мир. 1990. — 292 с. 7. Каторгин Б.И., Клепиков И А., Чванов В.К. Новое поколение двигателей для ракет на экологически безопасном тогшиве «Ж»»дк»»й кислород и сж»»- женный природный газ (метан)» Й Вестник МГГУ. Сер. Машиностроение.
— 2004. — Спец, вып. — С. 58 — 67. 8. Вар»афтик Н.Б. Справочник по теплофнзическим свойствам газов и жидкостей. — М.: Наука, 1972 — 720 с. 9. Физические величины: Справочник/ Под ред, И.С, Григорьева, Е.З. Мейлихова М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с, .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
