Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 29

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

Текст из файла (страница 29)

Стабилен при температурах не выше 323 К (50° С), может безопасно храниться и перевозиться в стальных бочках. Чувствителен, к удару (будучи заключен в трубах), может детонировать (в этих условиях) в результате гидроудара. Горение нит-рометана в воздухе обычно происходит без детонации. Может использоваться как жидкое однокомпонентное топливо, опасен из-за детонации, .которая может возникнуть в результате задержки воспламенения в камере, поэтому при использовании

153

нужны катализаторы. Коррозионно малоактивен. Токсичность низка, но при длительном вдыхании газа возможна смерть.

Нитробензол С_бН₅NO₂ - простейшее ароматическое нитросоединение, маслянистая жидкость, бурого цвета, c запахом горького миндаля. Получается нитрованием бензола смесью нагретых концентрированных азотной и серной кислот. Широко используется в промышленности как сырье для лакокрасочного производства и других целей.

В производстве баллиститных ракетных топлив используется как пластификатор. По сравнению с другими ТЛР довольно безопасен, так, как обладает малым кислородным балансом.

Хорош как пластификатор, но .как компонент, обеспечиваю-щий насыщение кислородом, значительно ,хуже нитроглицерина.

Нитробензол может использоваться как одно компонентное жидкое топливо, например, для стартовых самолетных ускорителей или ракет ближнего действия, но в силу малого кислородного баланса при сгорании дает очень большую дымность.

Нитробензол ядовит, отравление происходит при вдыхании паров, при контакте с кожей и попадании через рот. Отравление через дыхательные пути развивается очень быстро, при сильном отравлении быстро наступает потеря сознания. При слабом или медленном отравлении наблюдается головная боль, головокружение, мелькание в глазах, шум в ушах, тошнота и рвота. После острого отравления возможны последующие явления - приступы головокружения, потеря работоспособности, раздражительность, нервные явления. Возможны рецидивы признаков отравления. Предельно допустимая концентрация в воздухе установлена в 0,005 мг/л. Смертельные дозы не установлены, но они очень незначительны. При заглатывании достаточно одного глотка и даже нескольких капель для наступления смерти.

Защита - фильтрующий противогаз, респираторы, двойные перчатки, фартук и сапоги.

4.3. СМЕСЕВОЕ ТВЕРДОЕ ТОПЛИВО

Смесевое ракетное топливо представляет собой механическую смесь неорганического окислителя и органического горючего. В эту смесь может быть включен ряд добавок или присадок различного назначения, в целом способствующих улучшению качества топлива.

Смесевые ракетные топлива по количеству веществ, которые могут быть использованы для их производства, значительно превосходят баллиститные топлива [7, 40].

Удельный импульс современных смесевых топлив в ряде случаев на 10-20% выше, чем баллиститных. ,По физической структуре смесевые топлива обладают большими перспективными возможностями увеличения удельного .импульса за счет увеличения кислородного баланса и повышения доли окислителя

154

при сохранении формуемости. Сохранение формуемости существенно ухудшается с увеличением доли окислителя и уменьшением доли горючего, так как при этом ухудшается слипаемость - адгезия, поскольку этим свойством обладают, главным образом, горючие элементы топлива.

Классификация смесевых топлив

Современные смесевые ракетные топлива принято классифицировать .в зависимости от вида окислителя.

Они могут быть разделены на две основные группы.

1. Смесевые на основе нитратов - солей азотной кислоты.

2. Смесевые на основе перхлоратов - солей хлорной кислоты.

В состав первой группы входят естественные окислители - селитры: натриевая, калиевая и нитрат аммония.

В состав второй труппы входят перхлораты калия, натрия, аммония, лития и др.

В зависимости от вида окислителя заметно меняются свойства и энергетические показатели смесевого топлива. Например, заметно изменяется плотность, кислородный баланс, гигроскопичность, ниже это будет показано на конкретном примере.

4.4. ОКИСЛИТЕЛИ СМЕСЕВЫХ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

В состав смесевых топлив входят два основных вида неорганических окислителей, это соли азотной и хлорной кислот - нитраты и перхлораты. Рассмотрим их раздельно.

Нитраты

Широко используются калиевая (KNO₃) ели натриевая (NaNO₃) селитры и нитрат аммония (NH₄NO₃). Это твердые кристаллические вещества, весьма гигроскопичные, со слабым характерным запахом.

Нитраты калия и натрия (селитры) имеют среднюю плотность около 2,1 г/см³, температуру плавления 579 - 606 К (306 -333° С), относительную долю кислорода от 47,5 до 56,4%. Нитрат аммония имеет меньшую плотность, равную 1,7 г/см³, температуру .плавления 442 К (169° С), что значительно ниже, чем у селитр, относительную долю кислорода ~60%. Сильное нагревание нитратов калия и натрия сопровождается их разложением по схеме

2ЭNO₃2ЭNO₂ + О₂.

Термический распад нитратов (с отщеплением окислов азота) наступает лишь при температурах порядка 1073-1273 К (800-1000° С). Освободившийся кислород используется для сжигания горючих связок твердого топлива. Выход свободного

155

кислорода в очень большой (Степени зависит от температуры, при которой протекает реакция, и может колебаться в зависимости от схемы реакции, например, разложение нитрата аммония может идти по двум схемам с резкой разницей в количестве освободившегося кислорода:

I. NH₄NO₈2H₂O + N_a + 0,5O₂ (~20% О₂);

II. NH₄NO₃  2H₂ + N₂+l,5O₂ (~60 % O₂)

Последняя реакция дает и большее газообразование за счет cвободного водорода.

Селитры очень гигроскопичны, они способны поглощать и накапливать влагу воздуха в количествах, превышающих в несколько раз собственную массу. Селитры, не изолированные от внешней среды, могут расплываться и превращаться в раствор. При сгорании твердых топлив на основе селитр образуется дым, в составе которого имеются вещества в твердой фазе - газообразование мало. Калиевая и натриевая селитры обладают низкой коррозионной активностью, которая увеличивается с повышением гигроскоичности.

Обычно с этими окислителями как дешевыми материалами изготовляются твердые топлива для изделий массового применения - ракет ближнего боя, поэтому, в качестве конструкционного материала приходится пользоваться дешевыми марками стали, при этом необходимо применять коррозионную защиту.

Селитры слабо токсичны при вдыхании паров и в большей степени при непосредственном воздействии на кожу.

Нитрат аммония NH₄NO₃ - самый дешевый окислитель, производится в очень больших количествах методом синтеза, в качестве сырья используется воздух. Широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Плотность нитрата аммония 1,7 г/см³, температура плавления 442 К (169° С). Как уже было показано, разложение нитрата может дать от20 до 60% кислорода в зависимости от схемы реакции. Таким образом, в некоторых случаях при неблагоприятном ходе реакции его окислительная способность резко сокращается. Газообразование нитрата аммония выше, .чем других нитратов, за счет водяных паров и свободного водорода в продуктах реакции. В то же время, нитрат аммония при температурах 305 К (32° С), 357К (84° С), 398К (125° С) и 443 К (170° С) выделяет твердо-фазные продукты сгорания, которые и приводят к снижению удельного импульса тяги. Смешение нитрата аммония с нитратом калия дает заметное снижение выделения твердофазных продуктов сгорания.

Нитрат аммония весьма гигроскопичен, не ядовит и почти не обладает коррозионной активностью.

156

Перхлораты

Перхлораты, соли хлорной кислоты, как правило, обладают лучшим окислительным потенциалом, чем нитраты, например, перхлорат калия дает ~46% О₂, разлагаясь по схеме

2КС1O₄2КС1 + 2O₂.

В практике используются перхлораты калия (ПХК), натрия (ПХН), аммония (ПХА), лития (ПХЛ) и др.

Их плотность и температура плавления указаны в табл. 4.3.

Таблица 4.3

Внешне перхлораты представляют собой кристаллические вещества, слегка окрашенные в желтоватый цвет со слабым запахом хлора. Все перхлораты довольно гигроскопичны и слабо токсичны. Поведение на двигателе различно. Так перхлораты калия и натрия в продуктах сгорания имеют в газофазной форме НС1, который с влагой воздуха образует соляную кислоту. Продукты сгорания названных перхлоратов, кроме соляной кис-лоты, содержат твердые частицы КС1 и NaCl и образуют токсичный и коррозионноактивный дым. В составе продуктов сгорания перхлората аммония нет твердой фазы, его газообразование выше, чем перхлората калия или перхлората натрия. Но окислительная способность перхлората аммония ниже и зависит от температуры горения.

Перхлорат лития обладает более высоким газообразованием, высокой теплотой сгорания, продукты его сгорания имеют низкий молекулярный вес и достаточно высокую токсичность из-за наличия в их составе Li (ОН). Получение перхлората осуществляется разными путями, так перхлорат натрия получается электролизом NaCl, перхлорат калия - методом обмена КС1 + NaClO4, перхлорат лития - при осуществлении реакции NH₄ClO₄ + Li(OH) и т. д. Перхлорат лития каталитически очень чувствителен к наличию следов железа или пыли.

157

Энергетические показатели окислителей ТРТ. Для получения наибольшего удельного импульса необходимо, чтобы количество окислителя превышало количество горючего в современном твердом ракетном топливе приблизительно в 7,3 раза, т. е. должно быть в отношении =G_ок/G_гор=88/12

В то же время по физическим свойствам, обеспечивающим нормальную формуемость баллиститных и смесевых зарядов, соотношение окислителя к горючему берется в пределах G_ок/G_гор=5/3-4/3, т.е. количество окислителя больше, чем горючего только в 1,7-1,3 раза. В наилучших смесевых современных топливах соотношение G_ок/G_гор обеспечивает от 40 до 60% потребногоколичества кислорода, но при этом обеспечивается формуемость и стабильность заданной формы. Указанные обстоятельства и являются причиной большой дымности при сгорании твердых топлив. В ряде случаев дымность демаскирует старт и полет ракеты, но самое неприятное заключается в заметном снижении удельного импульса тяги.

Для увеличения удельного импульса нужно поднять кислородный баланс топлива, однако это нельзя сделать простым увеличением относительной доли окислителя, так как будет потеряна формуемость. Для увеличения кислородного баланса имеются следующие возможности.

1. Изменять состав горючей части топлива, подбирая ее таким образом, чтобы и в составе горючей связки был кислород.

2. Изменять физическую структуру твердого ракетного топлива, переходя к структуре золя, геля или бесформенной «кашеобразной» структуре.

Характеристики

Список файлов книги