Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

108

при нахождении ракеты на старте для шугообразного водорода определяется в 0,44%, а для нормального жидкого водорода равна 3,04%. Таким образом, из данных США, видно, что применение шугообразного водорода дает некоторые преимущества главным образом при эксплуатации, хранении шугообразного водорода по сравнению с нормальным жидким. Однако качество топлива несколько ухудшается в результате снижения оптимального c. до 4,2, что приводит к уменьшению плотности топлива примерно на 16%, несмотря на увеличение плотности горючего за счет шугообразности до 0,087 г/см³.

Физико-химические константы водорода

Молекулярная масса ........ 2,016

Температура застывания ........ 13,8 К (-559,2°С)

Температура кипения ........ 2004 К (-1252',7б°С)

Температура критическая ........ 32,9 К (-239,97° С)

Давление критическое, кгс/см² ....... 12,81

Плотность (при температуре кипения), г/см³ ...0,07097

Плотность (критическая), г/см* ....... 0,0310

Тройная точка ........ 13,8 К (-259,2° С)

Давление в тройной точке, мм рт. ст. .....54,0

Теплота образования, кДж/моль — газ (25° С) 0,0
Теплота образования, кДж/моль - жидкость (при

температуре кип.) ........ 7,92

Теплота плавления (при t_заст), кДж/ моль ..0,0965

Теплота испарения (прп t_заст), кДж/моль . 0,903
Теплоемкость жидкости, ккал/моль °С

при температуре застывания ........ 3,31

при t=(—253,2° С) 19,8 К ........ 4,90

Коэффициент вязкости 10^-6 сП:

при температуре кипения ........ 131

при температуре застывания ........ 240

Давление упругости пара можно подсчитать по уравнению

lgp=4,66687-44,9569/T+0,020537 Т [мм. рт. ст]. Молярный объем жидкости, м³/моль:

24,747-0,08005 T+0,012716 T².

3.2. УГЛЕВОДОРОДЫ

В ракетных двигателях широко используются различные виды углеводородных горючих. К ним относятся продукты переработки нефти: керосин, лигроин и др., скипидар - продукт переработки живицы - сока хвойных деревьев.

Эти горючие не являются индивидуальными веществами, и их физико-химические и эксплуатационные свойства зависят от группового состава. Групповым составом называют совокупность индивидуальных углеводородов, объединенных по химическим признакам: строению молекул, форме и количеству свободных связей, структурной формуле и т. д.

Продукты переработки нефти по групповому составу разделяются на углеводороды парафинового, олефинового и аромятического ряда.

109

Общее количество индивидуальных углеводородов, входящих. в состав этих групп, составляет около трехсот наименований.)

Групповой состав продуктов переработки живицы сложен, в него входят индивидуальные углеводороды, объединенные в группы пиленое, лимоненов, терпенов и др. Товарное название продукта, представляющего собой смесь углеводородов этик-групп - скипидар.

Спирты, в прошлом используемые в качестве горючего, пред-етавляют собой производные предельных или непредельных угле-водородов, в молекулах которых один или несколько атомов во-дорода замещается на гидроксильную группу.

В ракетной технике наиболее широко использовались низшие спирты - этиловый,.метиловый, фурфуриловый и др. Они являются хорошими охлаждающими компонентами и достаточно де-шевы.

Спирты и скипидар в современных условиях могут получаться путем синтеза ряда углеводородов, лолучаемых из нефти. Сле-довательно, нефть и ее производные надо рассматривать как исходный продукт для производства современных углеводородных горючих. По энергетическим характеристикам и эксплуатацион-ным показателям углеводороды нефтяного происхождения заметно отличаются от спиртов и скипидара.

Спирты как горючие компоненты топлива играли важную роль в начале развития ракетной техники. В настоящее время они уступили свое место керосинам, но окончательно своего зна-чения не потеряли.

Скипидар по своим показателям также стоит ниже керосинов и используется, главным образом, на ракетах ближнего действия как горючее, воспламеняющееся с HNO₃. Теплопроизводительность и удельный импульс топлив с кислородом в качестве окислителя и керосином в качестве горючего выше, чем у такого же топлива со спиртом, что видно из табл. 3.3.

Таблица 3.3

Из табл. 3.3 видно, что нефтепродукты с кислородом увеличивают удельный импульс примерно на 12% по сравнению со спиртами. Плотность топлива на основе керосина выше, что объясня-

110

большими значениями х₀ для керосинкислородного топлива по сравнению со спиртокислородными. Уменьшение ₀ для спир­та. Объясняется наличием кислорода в молекуле спирта. В то же время температура горения спирто-кислородных топлив ниже, чем кислородно-керосиновых, примерно на 5-7% и это является большим преимуществом спиртовых топлив.

Степень снижения температуры можно еще увеличить за счет применения водноспиртовых смесей в качестве горючего. В та­ких смесях, естественно, уменьшаются теплопроизводительность, температура горения, но растет плотность топлива и улучшаются охлаждающие свойства горючего. Удельный импульс тяги вод­носпиртовых смесей снижается в меньшей степени, чем теплопроизводительность. Это объясняется увеличением газообразова­ния и скорости истечения продуктов сгорания за счет роста доли водяного пара. Так, при уменьшении теплопроизводительности на 12-18% удельный импульс тяги снижается только на 8-10% по сравнению с керосинкислородным топливом.

Этиловый и метиловый спирты растворяются в воде в любых соотношениях. Такие смеси, обладая высокими теплоемкостью н скрытой теплотой испарения, обеспечивают лучшее по сравнению с керосином охлаждение двигателя.

Для кислорода и этилового спирта указанные выше свойства характеризуются данными табл. 3.4.

Таблица 3.4

Охлаждающие свойства углеводородов нефтяного происхож­дения удовлетворяют современным требованиям, но они заметно хуже, чем у спиртов. Это объясняется не только меньшими зна­чениями теплоемкости и скрытой теплоты испарения, но и боль­шими значениями  для керосинкислородного топлива.

Энергетические показатели углеводородных горючих несколь­ко выше, чем у спиртов. Теплопроизводительность керосинкислородного топлива ~2270 ккал/кг (9,5 МДж/кг), а удельный им­пульс тяги достигает 2655 — 2750 м/с, т. е. приблизительно на 12 — 15% больше, чем у спиртов. Температура горения в каме-

111

Э нергетические характеристики углеводородных горючих нефтяного происхождения можно несколько улучшить за счет применения более активных окислителей, например фтора и его производных. С фтором керосин обеспечивает удельный импульс до 3100-3240 м/с. Однако это увеличение удельной тяги не соответствует усложнению условий эксплуатации и удорожанию топлива, в котором используется в качестве окислителя такой агрессивный и токсичный элемент, как фтор.

Применение фтора с углеводородом обеспечивает надежное самовоспламе­нение этого топлива. Для самовоспла­менения углеводородных горючих очень существенное значение имеет выбор окислителя. Таж, с азотной ки­слотой или азотным тетраксидом спирты и скипидар образуют самовос­пламеняющиеся топлива. Керосины с азотнокислотными окислителями не обеспечивают надежного самовоспла­менения. С кислородом все углеводо­роды не самовоспламеняются, но обес­печивают довольно высокий удельный импульс. Они просты в эксплуатации и имеют широкое применение.

При использовании углеводородов необходимо учитывать их

113

способность растворять не только воздух, но и воду, которая в процессе охлаждения компонента может выделяться и зартывать. Образование кристалликов льда обычно идет на стенках баков и трубопроводов. Кристаллики, образовавшиеся в массе горючего, при движении по системам питания могут вызвать серьезные неполадки в работе двигателя.

Характеристики

Список файлов книги