Химмотология ракетных и реактивных топлив (1043407), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

Гидразинные горючие без контакта с кислородом воздуха характеризуются сравнительно высокой термостабильностью. Так, при нагревании небольших количеств НДМГ в стеклянных капиллярах не наблюдалось его разложения ниже критической температуры 220 °С. В условиях нагрева при температурах 371—427 °С происходило разложение несим-диметилгидразина (с образованием черного смолистого осадка) по следующей схеме [4]:

При термическом разложении метилгидразинов в интервале температур 300—1000 °С может образоваться цианид водорода, отравляющий окружающую среду [82].

Разложение гидразинных горючих происходит, как прави­ло, с разрывом связи N—N. Первичными продуктами разложе­ния монометилгидразина являются аммиак и метиленимин. Энергия активации отщепления аммиака от монометилгидрази­на составляет 225 кДж/моль .[83]. Термическое разложение гидразина может протекать по следующим направлениям:

При температурах до 50 °С скорость разложения гидразина невелика. При температуре кипения она составляет 0,01— 0,10% сут, а при 250 °С достигает 10%/мин. Ионы железа (III), меди, молибдена и хрома ускоряют разложение гидразина. Оксиды этих металлов катализируют разложение гидразина более активно, чем ионы.

При разложении гидразинных горючих в них могут обра­зовываться и твердые, и газообразные продукты. Отложение твердых продуктов на стенках охлаждающей рубашки камеры сгорания ЖРД нарушает процессы теплопередачи вследствие низкой теплопроводности отложений.

Важное значение придается воздействию ракетных горючих при высоких температурах на конструкционные материалы аг­регатов двигателя; особенно в тех случаях, когда горючие ис­пользуют для регенеративного охлаждения камер сгорания и реактивных сопел ЖРД. Для предотвращения разрушения стенки камеры сгорания, в частности в зоне критического сече­ния сопла жидкостного ракетного двигателя, предложено до­бавлять в гидразинные горючие (ММГ, НДМГ и Аэрозин-50) присадки — силоксановые жидкости. При испытаниях двигателя в стендовых условиях установлено, что с, помощью этих приса­док на стенках реактивных сопел формируется пленка диокси­да кремния толщиной не более 0,025 мм и тепловой поток на стенках сопла снижается на 30—33% [84, 85]'.

Гидразин получают в основном двумя способами: с исполь­зованием аммиака и карбамида [4]. Первый способ основан

на реакции

а второй—на реакции

несим-диметилгидразин получают каталитическим (через нит-родиметиламин) и хлораминными методами [4]. В первом слу­чае протекают реакции

При хлораминном методе из аммиака и гипохлорита натрия получают хлорамин, а затем при взаимодействии хлорамина с диметиламином — несим-диметилгидразин.

Для улучшения эксплуатационных свойств гидразинных го­рючих, снижения их токсичности и пожароопасности в послед­нее время предложены новые виды горючих гелеобразного и эмульсионного типа. Их получают введением в гидразин и его алкилпроизводные различных загустителей и эмульгаторов. Ге-леобразный гидразин можно использовать в паре с жидким кислородом и четырехокисью азота. Он обладает более низкой коррозионной агрессивностью и вызывает меньшие осложнения в условиях хранения и транспортирования. Гелеобразное го­рючее в паре с четырехокисью азота имеет удельную тягу выше, чем у твердых ракетных топлив, и по сравнению с жид­кими горючими в условиях эксплуатации вызывает меньшие трудности.

Представляет интерес ракетное горючее, содержащее в ка­честве основы гидразин или его алкилпроизводные, загуститель и порошкообразные алюминий, бериллий, бор, магний иди кар­бид бора. Топливо на основе гелеобразного горючего и высо­коэнергетических окислителей имеет удельную тягу до 450— 480 с [4]. В качестве перспективных ракетных горючих рас­сматриваются также гидразиназиды [4].

4.5. СОСТАВ, ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ (УНИТАРНЫХ) ТОПЛИВ

Однокомпонентные (унитарные) ракетные топлива получили относительно ограниченное применение в ракетной технике. Причинами тому явились их сравнительно низкие энергетиче­ские характеристики и высокая взрывоопасность. Однако рабо­ты по усовершенствованию и разработке новых сортов одно­компонентных топлив не прекращаются до настоящего време­ни. Эти топлива привлекают к себе внимание исследователей, так как позволяют упростить топливную систему ЖРД и по-.

высить надежность работы двигателя. При применении одно­компонентных топлив значительно упрощаются усло­вия производства, хранения и транспортирования топлива и заправки им ракет. На основании расчетов установлено, что в условиях полета ракет средней дальности такое топливо с удельной тягой, равной 225 с, равноценно двухкомпонентному топливу с удельной тягой 250 с. Это обусловлено более простой конструкцией топливной системы ракеты, а также облегчением конструкции всей двигательной установки.

В настоящее время однокомпонентные топлива используют преимущественно для получения парогаза и обеспечения рабо­ты турбонасосных агрегатов, а также в различных вспомога­тельных жидкостных ракетных двигателях. Наиболее широкое распространение получили топлива на основе алкилнитратов, пероксида водорода, гидразина и этиленоксида. Для вспомога­тельных двигателей в США применяют пропилнитрат по специ­фикации Мil-Р-25576 и смесь пропилнитрата с этилнитратом по спецификации Мil-Е-26603. В системе НАТО в качестве од­нокомпонентного топлива используют этиленоксид по специ­фикации Р-920 '[4].

Однокомпонентные топлива обычно представляют собой мо­номолекулярные соединения. Однако в последнее время за ру­бежом большое внимание уделяется разработке би- и полимо­лекулярных однокомпонентных топлив, представляющих смесь горючих и окислительных компонентов разной молекулярной

структуры. Такие топлива обладают лучшими энергетическими характеристиками по сравнению с горючими мономолекуляр­ного состава.

Мономолекулярные топлива. В качестве однокомпонентных мономолекулярных ракетных топлив используют алкилнитраты — сложные эфиры азотной кислоты и различных одно-, двух- и трехатомных спиртов, гидразин, жидкие нитропарафины, этиленоксид и др. Физико-химические свойства алкилнитратов, применяемых в качестве однокомпонентных топлив, приведены в табл. 4.10 [4, 86].

Этилнитрат представляет собой приятно пахнущую бесцвет­ную легко летучую жидкость. Несмотря на отрицательный кислородный баланс (61,5%), он обладает высокой взрывае-мостью. Этилнитрат токсичен и очень плохо растворяется в воде, но хорошо смешивается с эфиром и спиртами. Он огне­опасен, с воздухом образует смеси, воспламеняющиеся при температуре выше 10 °С. В условиях взрыва Этилнитрат разла­гается по реакции

Пропилнитрат представляет собой летучую жидкость с приятным эфирным запахом. Он склонен к разложению со взрывом по уравнению

При хранении разложение н-пропилнитрата катализирует медь и никель. В емкостях и таре из легированной стали или алюминия он может длительно храниться.

Широкое применение получил изопропилнитрат—бесцвет­ная или слегка желтоватая прозрачная подвижная жидкость с характерным эфирным запахом. Он хорошо растворяется в спиртах, эфире, ацетоне, бензоле, бензине и мало растворим в воде. Изопропилнитрат медленно гидролизуется растворами щелочей и быстро — растворами кислот. Это — малостабиль­ный эфир, и при малейшем увлажнении топлива разлагается на изопропиловый спирт и оксиды азота. При взаимодействии образовавшихся оксидов с водой получаются азотная и азоти­стая кислоты, в результате кислотность топлива возрастает и соответственно повышается его коррозионная агрессивность. В герметичной таре изопропилнитрат хранится очень длитель­ное время (годы) практически без изменения своих свойств.

При хранении алкилнитратов с доступом воздуха они на­сыщаются влагой. В изопропилнитрате растворяется воды меньше, чем в аминном горючем, но больше, чем в углеводо­родном [4]. Алкилнитратные однокомпонентные топлива менее ядовиты, чем гидразинные горючие. Предельно допустимая концентрация изопропилнитрата в воздухе производственных помещений составляет 5 мг/м³.

Из нитропарафинор практический интерес как унитарное ракетное топливо представляет нитрометан. Это бесцветная маслянистая жидкость с температурой кипения 101 °С и срав­нительно низкой температурой кристаллизации, равной —29°С. Технический нитрометан содержит 4—5% примесей нитроэтана, нитропропана и продуктов их окисления. При обычных температурах его можно транспортировать и хранить в обыч­ных бочках вместимостью 200 л.

Другие представители нитропарафинов, в том числе и нит­рометан, в чистом виде не используют вследствие их повышен­ной взрывоопасности.

За рубежом, как отмечено выше, в качестве вспомогатель­ного унитарного ракетного топлива применяют этиленоксид [4].

По спецификации НАТО Р-920 этиленоксид должен удовлет­ворять следующим требованиям:

Для ракетной техники используют этиленоксид высокой степени чистоты. Содержание примесей (кислот, альдегидов, воды и минеральных хлоридов) не должно превышать 0,1%. При обычной температуре он представляет собой бесцветный газ с запахом эфира. Этиленоксид легко сжижается в бесцвет­ную подвижную жидкость с температурой кипения 13,5°С и температурой кристаллизации —111,5°С; плотность его при 20 °С равна 884 кг/м³.

В качестве однокомпонентного ракетного топлива для вспо­могательных двигателей используют также концентрирован­ный пероксид водорода (свойства его изложены в гл. 3).

Проводятся работы по изысканию новых высокоэнергетических мономо­лекулярных однокомпонентных ракетных топлив на основе фтор-, озон- и бор-содержащих соединений. В результате исследований в качестве таких топлив предложены N,N-дифторалкиламины типа RNF2 (где R—алкильный радикал C1—C7) [4]. К числу таких топлив можно отнести N,N-дифторметил- и N,N-ди-фторметиламины.

В ракетной технике могут быть применены однокомпонентные топлива, представляющие собой продукты взаимодействия дифторамина с этиленокси-дом, диметиловым или диэтиловыми эфирами. Такое топливо позволяет полу­чить удельную тягу, равную 256 с при давлении 21 МПа и 294 с при 70 МПа Максимальной удельной тягой характеризуются топлива, полученные при от­

ношении дифторамина к диметиловому эфиру, равном 1,0 : 6,9, к диэтиловому эфиру — 1 7 и к этиленоксиду 1,0—4,5 [4].

Высокой удельной тягой (до 241 с) характеризуется однокомпонентное ракетное топливо на основе 2,2-дифтор-2-нитроэтанола CF2NO2CH2OH. Оно имеет высокую термическую стабильность при температуре 150—200 °С, не вы­зывает осложнений в условиях эксплуатации и стабильно при хранении.

Характеристики

Список файлов книги