Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Физико-химические свойства. Свойства углеводородных ра­кетных горючих зависят от их фракционного и углеводородно­го состава. В условиях применения на физико-химические свой­ства углеводородных горючих влияет температура (рис. 4.5) [4]. С ее повышением понижаются плотность, вязкость, по­верхностное натяжение и теплопроводность горючего; одновре­менно повышаются давление насыщенных паров и теплоем­кость. Резкое повышение вязкости углеводородных горючих на­блюдается при температурах ниже —20°С. В этих же условиях плотность углеводородных горючих увеличивается в прямоли­нейной зависимости. Влияние температуры на изменение плот-

Рис. 4.5. Зависимость физических свой­ств горючего типа керосина от темпе­ратуры:

р — плотность;  — кинематическая вязкость;

р — давление насыщенных паров;  — поверх­ностное натяжение; с — теплоемкость;  — теплопроводность

ности, теплоемкости, вязкости и давления насыщенных паров синтетических горючих пред­ставлено на рис. 4.6 и 4.7.

Углеводородные ракетные го­рючие отличаются небольшой гигроскопичностью. Как видно

из рис. 4.8, в углеводородном горючем типа керосина при 0°С растворяется в 8 раз меньше воды, чем в горючем на основе аминов. Большое влияние на растворение воды в углеводород­ных горючих оказывает разность температур топлива и возду­ха. Чем выше эта разность, тем при меньшей относительной влажности воздуха водяные пары конденсируются из воздуха в топливо (табл. 4.5). Относительная влажность воздуха—один из решающих факторов, влияющих на растворение воды в уг­леводородных горючих. С повышением относительной влажно­сти воздуха (рис. 4.9) предельное содержание воды в углеводо­родном горючем типа керосина возрастает [66], причем насы­щение протекает интенсивно в первые минуты контакта горюче­го с влажным воздухом. Следует также отметить, что насыще­ние водой горючего более интенсивно происходит из окружаю­щего воздуха, чем из водяного слоя, находящегося на дне ре­зервуара, в котором горючее хранится.

Эксплуатационные свойства. Энергетические характеристи­ки углеводородного ракетного горючего типа керосина приве­дены в табл. 2.2 (см. гл. 2). Углеводородные горючие при обычных температурах не самовоспламеняются с азотнокис-

лотными окислителями. При контакте с азотной кислотой са­мовоспламеняются только диены, триены и некоторые ацетиле­новые углеводороды [4]. При смешении других углеводородов с азотной кислотой наблюдается разогревание смеси. Интен­сивность разогрева смеси зависит от типа углеводородов. Реак­ционная способность углеводородов с азотной кислотой сни­жается в такой последовательности: ацетилены>триены>дие-

Рис. 4.8. Зависимость растворения воды в ракетных горючих от темпера­туры: "

1—аминное горючее, 2 — изопропилиитрат; 3 — углеводородное горючее типа керосина;. 4—JP-9; 5—RJ-6; 6-JP-10

Рис. 4.9. Скорость насыщения водой горючего типа керосина при 20 "С из воздуха и из водяной подушки:

/—95%-я влажность воздуха, 2—30%-я влажность воздуха; 3—насыщение из водяной-подушкл

ны>олефины> ароматические углеводороды>нафтены>алканьг [67].

При высоких температурах, которые возникают в камерах сгорания двигателя, углеводородные горючие самовоспламе­няются с азотнокислотными окислителями. Для этих условий Я. М. Паушкиным с сотр. [14] предложено характеризовать реакционную способность углеводородных горючих по низшей температуре самовоспламенения Те и термическому периоду задержки воспламенения (ТПЗВ). Значения их для углево­дородных горючих в смеси с 98%-и азотной кислотой приведе­ны в табл. 4.6. .

С повышением температуры, увеличением в составе горю­чих содержания олефинов и ароматических углеводородов тер­мический период задержки воспламенения уменьшается. Так,

Таблица 4.6. Температура самовоспламенения Тс и термический период задержки воспламенения углеводородных горючих в смеси с 98% -и азотной кислотой

Рис. 4.10. Охлаждающие свойства горючего Т-1 (Л и 98%-ного этано-ла (2)

у легкого масла пиролиза, со­держащего 46% ароматиче­ских углеводородов, 30% оле-финов и 14% диенов, ТПЗВ при 500 °С в 2 раза меньше, чем у прямогонного горючего Т-1 [68]. Поэтому сгорание горючих, содержащих продук­ты пиролиза, происходит в жидкостном ракетном двигате­ле значительно устойчивее,

чем сгорание углеводородных горючих, полученных прямой пе­регонкой [14].

Однако углеводородные горючие, содержащие продукты пиролиза, имеют относительно низкую охлаждающую способ­ность. При их использовании для охлаждения камер сгорания ЖРД в трактах охлаждения образуется много отложений, ко­торые существенно нарушают режим теплопередачи. Лучшей охлаждающей способностью обладают углеводородные горючие прямой перегонки. Зависимости на рис. 4.10 иллюстрируют охлаждающие свойства горючего Т-1 в сравнении с этанолом [67]. По охлаждающим свойствам оно превосходит этанол, од­нако при использовании горючего Т-1 в системе охлаждения ЖРД все же образуется некоторое количество отложений. Ре­зультаты исследования отложений, образовавшихся в системе охлаждения двигателя, работающего на углеводородном—горю­чем и жидком кислороде, приведены на рис. 4.11 [69]. Как видно из рис., отложения характеризуются интенсивным погло­щением кислородсодержащих функциональных групп, ионизи­рованных сульфатов и сульфонатов. В образовании отложений кроме гетероорганических соединений принимают участие аро­матические углеводороды, что и подтверждается ультрафиоле­товыми спектрами этих отложений. Углеводородные горючие, прошедшие гидроочистку, имеют лучшие охлаждающие свой­ства.

Большое внимание исследователей уделяется получению • ракетных горючих на основе спирановых углеводородов [4]. Ракетные горючие таких соединений имеют высокие значения плотности—до 1000 кг/м³ и повышенные энергетические свой­ства. Некоторые из них обладают хорошими низкотемператур­ными свойствами. На базе н-гексана и метилциклопентана за рубежом разработан промышленный способ получения спира­новых горючих с пределами выкипания 193—243 °С, плот­ностью 850—890 кг/м³ и объемной теплотой сгорания, равной 38,5—41,0 кДж/м³ [4].

Практический интерес представляют загущенные гелеобразные углеводородные ракетные горючие. Для их получения в США предложено использовать стирольные полимеры (в ко­личестве до 2%), 0,2—1,0% октаноат алюминия (0,2—1,02%), сополимеры бутадиена и 2-метил-5-винилпиридина, алкилортофосфаты металлов, алкиламины, алканол амины, алкиленполиамины, пиперазин и другие соединения, а также субмикроско­пические волокна кристаллического карбида кремния, покрытые диоксидом кремния, с добавкой 0,01—2,0% стеариновой кисло­ты [4]. В работе [70] предложено загущать углеводородное горючее микропорошком (частицы размером менее 1 мкм), по­лученным распылением алюминия, бериллия и других металлов без соприкосновения их с воздухом.

В последние годы особое внимание уделяется криогенным углеводородным ракетным горючим, полученным на основе низкомолекулярных газообразных углеводородов—метана, эта­на, пропана, бутана и др. [71,72]. Предполагается использо­вать эти горючие в паре с окислителем (смесь жидких кисло­рода и фтора) для длительных (в течение 1—4 лет) дальних космических полетов [73]. Ракетное топливо на основе жидкого метана и смеси жидкого кислорода с жидким фтором харак­теризуется удельной тягой, равной 388—392 с [74]. За рубежом отрабатывается конструкция жидкостных ракетных двигателей на этом топливе, изучается охлаждение камер сгорания их и испытывается наземное оборудование [4].

Жидкий метан обладает хорошими охлаждающими свойства­ми при использовании в камерах сгорания с наружным (реге­неративным) охлаждением. Температура метана в охлаждаю­щей рубашке двигателя не должна превышать 760 °С, так как при более высоких температурах он склонен к разложению с образованием углеродистых отложений в каналах охлаждаю­щей рубашки [75]. Имеются сведения об использовании шугообразного метана, обладающего высокими плотностью и удель­ной теплоемкостыю [76].

4.3. СОСТАВ И СВОЙСТВА АМИННЫХ ГОРЮЧИХ

Из ракетных горючих на основе алкиламинов наибольшую из- ^< вестность получило аминное горючее, представляющее смесь 50% триэтиламина и 50% ксилидина i[14, 77]. Это горючее ис­пользуют в качестве основного или пускового в паре с азотно-кислотными окислителями. Оно характеризуется высоким газо­образованием, небольшим периодом задержки воспламенения, сравнительно невысокими температурами и теплотой сгорания, высокой химической стабильностью при хранении. По своим энергетическим свойствам аминное горючее приближается к керосинам при их использовании в паре с азотнокислотными

окислителями.

Физико-химические свойства. Аминное горючее, характери­зуется физико-химическими свойствами, которые обеспечивают его надежное применение в жидкостных реактивных двигате­лях. В табл. 4.7 представлены основные физико-химические свойства аминного горючего и его компонентов [10].

Изменение плотности аминного горючего при нормальном давлении в зависимости от температуры показано на рис. 4.12. Сравнительно высокая плотность указанного горючего обеспе­чивается за счет изомерных ксилидинов.

Зависимости кинематической вязкости и теплоемкости аминного горючего от температуры представлены на рис. 4.13. Кинематическая вязкость аминного горючего резко возрастает при понижении температуры ниже —20 °С. С понижением тем­пературы от +40 до —60 °С теплоемкость/ горючего умень­шается по линейной зависимости.

Как правило, температурные пределы выкипания аминного

горючего лежат в интервале от 90 до 220 °С [14]. Температура конца кипения триэтиламина равна примерно 110°С, а кси­лидина—выше 200 °С. Таким образом, кривая перегонки амин­ного горючего имеет ступенчатый характер и этим отличается

Рис. 4.12. Зависимость плотности ракетных горючих и их компонентов от температуры:

/—к-пропилиитрат; 2— гидразин; 3—монометилгидразвн; 4—амивное горючее; 5— углеводородное горючее типа керосина; 6—кесил-диметилгидразин; 7 — триэтиламин;

8— аммиак (при 10 МПа)

Характеристики

Список файлов книги