Штехер М. С. - Топлива и рабочие тела ракетных двигателей (1043408), страница 41
Текст из файла (страница 41)
Как желатинизатор хорошо себя показала алюминиевая соль монобутилдецилтеофосфиновой кислоты, которая добавляется в количествах от 0,5 до 1,5%. Затем в этой же роли может быть использована пирогенетическая двуокись кремния, которая широко применяется для загущения шугообразного водорода.
По данным США, она добавляется в количествах до 35% [62]. Очевидно, ее частицы служат как вещество, обеспечиваю-щее образование кристаллов, как центры кристаллизации.
Для углеводородных горючих эффективные результаты как желатинизатор дает диметилен С2Н4 и а-олефин С3Н6. Добавление этих веществ в пределах от 0,5 до 1,0% при охлаждении основного компонента до +20° С позволяет в течение 15 мин всю массу продукта перевести в гелеобразное состояние.
Для углеводородных горючих типа керосина неплохие результаты дает добавка около 1,5% омидооксимасляной кислоты. В качестве желатинизатора может быть использована обыч-ная вода, если она добавляется в количествах от 2 до 2,5% по объему. Топливо при этом должно эмульгироваться и подвер-гаться действию повышенных давления и температуры.
В качестве желатинизаторов - коагуляторов для прямого действия при вводе в топливный бак с нормальным жидким топливом рекомендуются так называемые реопексные гели (с гал-лоидозамещенными углеводородами). Эти вещества действуют при изменении давления и температуры.
Желатинизаторы могут набухать и растворяться будучи введены в жидкость в дисперсном состоянии. Набухание -очень ценное свойство, придающее жидкостям (дисперсной сре-де) структуру геля за счет сил сцепления. Набухающие жела-тинизаторы обычно не растворяются, а их гелеобразующая способность пропорциональна площади поверхности частиц.
В качестве гелеобразующих желатинизаторов этого типа ис-пользуются неорганические фториды и фторированные межгал-лоидные соединения. Они летучи при температуре окружающей среды. Их диспергиризация производится методом быстрой кон-денсации паров в криогенной жидкости, надо иметь в виду, что фторированные межгаллоидные соединения сами по себе явля-ются хорошим окислителем и имеют высокую упругость пара.
Гелеобразующие вещества, способные растворяться в дис-персионной среде, обычно образуют непрочные деградирующие гели [58].
Деградация геля объясняется тем, что при растворении уве-личивается объем и уменьшается поверхность дисперсной фа-зы. При этом уменьшается величина поверхностной энергии и с ростом сгустка начинается разрушение геля. Для таких окисли-телей, как Ор2, хорошими желатинизаторами являются ClF3, C1F5, BrF5, BrF3 и соединения C1F3, BF3. Наиболее перспектив-
218
ны C1F3 и С1Р3ВРз, так гель, образованный добавкой 15,2%. C1F3, стабилен в течение 8 сут., а гель, образованный присадкой ClFsBFs,— в течение 30 сут. Использование этих желатинизаторов для космических топлив типа ОР2 + В2Не очень перспективно, так как они обладают высоким удельным импульсом, например, система ОF2+93%В2Нб+7% (СН3)3НВF3 дает удельный импульс тяги порядка 3640 м/с [58, 60].
Все представленные здесь желатинизаторы не должны ухудшать физико-химические и эксплуатационные свойства основных компонентов топлива, такие как теплопроизводительность, токсичность, коррозионную активность, стабильность и рабочие характеристики двигателя.
При подборе присадок для топлив космических аппаратов необходимо учитывать, что коллоидные топлива и присадки -желатинизаторы могут способствовать развитию грибковых бактерий - плесени, которая может оказаться очень опасной для топлива.
Современное коллоидное топливо
Ниже приводится несколько примеров, проверенных практикой композиций топлива, в которых используются коллоидные компоненты. В табл. 5.4 приведены органозоли, топлива с кислородным окислителем, эта группа по удельным импульсам не превышает 2945 м/с [300 с]. Показан ряд современных высокоэнергетических композиций, которые обеспечивают значения удельного импульса тяги, близкие к фторводородному топливу. Энергетический уровень определяется по удельному импульсу тяги [58, 60].
Таблица 5.4
| Горючее | Окислитель | Желатинизатор | Iуя, м/с |
| Гексан+Аl | 02 | А1 | 2750 |
| Гексан + Mg | 02 | Mg | 2750 |
| Гексан + Li | 02 | Li | 2750 |
| Гексан+Ве | 02 | Be | 2750 |
| Керосин | 02 | С3Н6 | 2950 |
| Керосин + вода | 02 | Н2О | 3140 |
| 50%N2H4+50%A1 | F2 | А1 | 4670 |
| Аэрозин + А1 | FLOX | А1 | 4225 |
| Н2 + Ве | 02 | Be | 4670 |
| CF4+A1 | FLOX | Al | 4620 |
| ВеН2 | F2 | Металл | — |
219
5.6. ЭМУЛЬСИОННЫЕ ТОПЛИВА
В современных условиях эмульсии; вероятно, будут иметь некоторые преимущества по сравнению с гелями из-за своих структурных особенностей. Гель является системой с «твердой решеткой», заполненной жидкостью, а эмульсия - жидкость в жидкости. Эмульсии довольно легко деэмульгируются и вновь восстанавливаются, они менее чувствительны к температурным изменениям. Для восстановления эмульсии ее достаточно перемешать, что получается, если перекачать эмульсию из бака и обратно в бак. Деэмульгирование легко производится действием высокого давления. Гели при понижении температуры загустевают, а при повышении разжижаются и самопроизвольно деградируют [35, 40].
Деградация объясняется уменьшением поверхностной энергии при росте объема сгустков и площади поверхности.
Для эмульсий, как показывает практика, можно получить системы устойчивые в пределах температур от 193 до 463 К. устойчивостью к изменению температуры обладают не все эмульсии. Так, например, эмульгатор аминацерат на основе гидрированного жира дает заметное загустевание при понижении температуры [40].
В состав эмульсионного топлива очень часто входит вода, сама по себе она не влияет на свойства эмульсии, но может вызвать коррозию конструкционных материалов. В таком случае эмульсию необходимо вводить ингибиторы.
В эмульсиях больше чем где-нибудь проявляются свойства тиксотропности и склонность к коагуляции. Обычно это проявляется в уменьшении текучести эмульсии после некоторого срока хранения. Уменьшение текучести нежелательно, так как требует увеличения мощности насосов, удлинения времени перекачки, что вызывает повышение затрат при перекачке эмульсионного топлива в баки.
Коагуляция эмульсии увеличивается довольно быстро в первые несколько дней после приготовления эмульсии. Затем этот процесс замедляется и предел текучести становится постоянным. Применяя перемешивание или взбалтывание, можно восстановить предел текучести в прежнем уровне. Объяснить это явление пока не удалось, но пути к сохранению стабильности свойств эмульсии есть.
Все эмульсии обладают пониженной испаряемостью и текучестью, что особенно важно с позиции противопожарной безопасности при применении этого вида топлива [35, 40].
Кроме того, установлено экспериментально, что скорости распределения пламени в эмульсионных топливах очень низка по сравнению с обычными, что также объясняется низкой испаряемостью топлива. Снижение испаряемости можно объяснить физической структурой эмульсии, которая представляется в
220
форме системы отдельных капелек дисперсной фазы в дисперсионной среде. Если коагуляция дисперсной фазы велика, то и дисперсионная среда превращается в капли и структура жидкости напоминает дробь, засыпанную в стакан. В этих условиях действуют силы поверхностного натяжения, они настолько велики, что происходит как бы капсюлирование жидкостей. Образующаяся пленка поверхностного натяжения препятствует ис-паряемости. Ухудшенная испаряемость и малая скорость рас-пространения пламени значительно облегчают тушение загоревшегося эмульсионного топлива. Тушение можно проводить водой, водяным туманом и даже воздухом, чего нельзя делать с такими горючими, как керосин.
Уменьшение испаряемости способствует и меньшей воспламеняемости эмульсионного топлива при случайных истечениях, например через пробоины в баках. Этому же способствует и меньшая текучесть. Испытания эмульсионных топлив на воспламеняемость от удара в условиях аварийной посадки аппара-та показали, что воспламеняемость значительно ниже, чем с обычными жидкими топливами [67, 68].
В табл. 5.5 приводятся некоторые физико-химические свойства углеводородного эмульсионного горючего и синтетического керосина.
Все вышесказанное подтверждает большие возможности и преимущества использования эмульсионных топлив на ракетных и самолетных двигательных установках.
Таблица 5.5
| Свойство | Керосин | Эмульсия |
| Плотность | 0,75 | На 1 % больше |
| Теплопроизводительность, % | 100 | 99...97 |
| Упругость пара, кг/см2 | 0,14—0,21 | 0,14-0,21 |
| Зольность | 0,00016 | 0,0013-0,005 |
| Механические примеси | Одинаково | |
| Электропроводность | 8,5*10-14 | 2, 8* 10-6— 4,1*10-8 |
5.7. МЕТАЛЛЫ КАК ГОРЮЧЕЕ РД
Металлы в качестве горючего были предложены Ф. А. Цандером, М. К. Тихонравовым и др. еще на заре развития ракетных двигателей, но успеха эти предложения не имели. Особенно большую исследовательскую работу по применению металлов как горючих ракетных двигателей провели академик В. П. Глушко и проф. М. К. Тихонравов.
Использование металлов в ракетных двигателях было связано с рядом серьезных трудностей, обнаруженных в процессе
221
исследовательских работ и не разрешенных до настоящего времени. К ним относятся проблемы подачи металла в камеру, очень высокие температуры горения в камере и в связи с этим затруднения в охлаждении двигателя, а также высокие температуры плавления и кипения самих металлов.
В настоящее время можно указать на четыре метода подачи металла в камеру сгорания двигателя:
1) подача расплавленного жидкого металла;
2) подача металла в пылевидной форме;
3) подача металла в виде жидкого металлоорганического химического соединения:
4) подача металла в виде органозоля или коллоидного раствора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
